WO1991000476A1 - Feuerungsanlage für feste brennstoffe mit sekundärbrenner - Google Patents

Feuerungsanlage für feste brennstoffe mit sekundärbrenner Download PDF

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    • F23G2201/00—Pretreatment
    • F23G2201/30—Pyrolysing
    • F23G2201/303—Burning pyrogases

Definitions

  • Plants for the incineration of waste materials have a special position. The highest demands are placed on them in order to achieve the most complete burnout of the exhaust gases and the solid combustion residues.
  • This object is achieved according to the present invention in that the conventional and known primary combustion devices such as grates or rotary tubes are followed by a burner for the combustion gases which is spatially separated from these devices and described in the application.
  • This firing system for solid fuels is characterized in that the primary devices, such as grate or rotary tube, are operated as pure gasification devices and the downstream burners for the combustion gases serve to burn out the gases from the gasification devices and generate thermal energy.
  • the combustion gases are directed into the burner chamber from the primary combustion devices such as flat or slanted gratings, rotary tubes or under-slide grates.
  • the primary combustion devices such as flat or slanted gratings, rotary tubes or under-slide grates.
  • built-in elements in the form of plates or grates result in an inevitable macro-mixing of the combustion gases and thus a complete breakdown of the fuel molecules.
  • water can be added to the fire gases to air-condition the fire gases or chemicals in dust, steam or gas form to neutralize or eliminate pollutants caused by fuel and combustion.
  • the burner chamber is the third stage of the three-stage pyrolysis device after the grates or rotary tube as the first stage and the second stage, the transition from the primary combustion device into the burner chamber.
  • the burner chamber serves as a gas buffer in front of the burner nozzles and reaction space for the fire gases.
  • the combustion gases are directed from the burner chamber into the burner nozzles, and in the case of smaller system units into a single burner nozzle. Only directly in front of or in the nozzle in larger systems in front of or in the nozzles is the secondary air required for combustion supplied in the form of regulated and preheated axial and swirl air via an air stick.
  • the fuel-rich flame core is fanned out by adjusting the axial and swirl air in order to achieve a flame that is as tight as possible.
  • the flames burn from the burner nozzles directly into the main combustion chamber of the energy utilization device, e.g. of a steam generator.
  • the 0 2 concentration can be kept low during the entire pyrolysis process, so that the pyyrolysis gases are available over a long reaction time until they are burned in the burner nozzles and the thermal output of the burners can be obtained by changing the burner nozzles or can be adjusted in a wide range by switching off or switching on burner nozzles.
  • FIG. 1 shows:
  • the combustion plant for solid fuels with a secondary burner comprises a fuel feed device (1), a sloping grate (2) as the primary combustion device with the ash or slag chamber (12), a transition area (3) with plates or grate internals for fire gas preparation .
  • the burner chamber (4) with the burner nozzles (6) adjoins this transition region (3), in the case of smaller system units, a single burner nozzle.
  • the air stick (5) is adjustably attached to the wall opposite the burner nozzles.
  • the connections for the swirl air (8) and the axial air (9) are arranged on the air stick (5) outside the burner chamber (4). From the burner nozzles (6) of the Bre ⁇ nerhunt (4), the flames burn into the main combustion chamber (7).
  • the fuel-rich flame core is fanned out by adjusting the swirl air (&), the axial air (9) and the air stock (5) to the nozzle (6), as a result of which a tight flame is achieved.
  • FIG. 2 shows a sectional drawing of an embodiment of a boiler with a rotary tube as the primary combustion device and burner chamber with burner nozzles as the secondary combustion device according to the invention.
  • the firing system for solid fuels with a secondary burner comprises a fuel feed device (1), a rotary tube (2) as the primary combustion device with the ash or slag chamber (12), a transition area (3) with plates or grate internals for the treatment of combustion gas.
  • the burner chamber (4) with the burner nozzles (6) adjoins this transition region (3), in the case of smaller system units, a single burner nozzle.
  • the air stick (5) is adjustably attached to the wall opposite the burner nozzles.
  • the connections for the swirl air (8) and the axial air (9) are arranged on the air stick (5) outside the burner chamber (4).
  • the flames burn from the burner nozzles (6) of the burner chamber (4) into the main combustion chamber (7).
  • the fuel-rich flame core is fanned out by setting the swirl air (8), the axial air (9) and the air stock (5) to the burner nozzle (6), as a result of which a tight flame is achieved.
  • the heat generated during the combustion is used in the trains (11) of an energy utilization system, in this case a water heater.
  • the cooled exhaust gases are drawn off via the exhaust pipe (10).
  • FIG. 3 shows a sectional drawing of an embodiment of a boiler with a sliding grate as the primary combustion device and burner chamber with burner nozzles as the secondary combustion device according to the invention.
  • the furnace system for solid fuels with a secondary burner comprises a fuel feed device (1), an underfeed grate (2) as the primary combustion device with the ash or slag chamber (12), a transition area (3) with plates or grate internals for processing the combustion gas.
  • the burner chamber (4) with the burner nozzles (6) adjoins this transition region (3), or a single burner nozzle in the case of smaller unit units.
  • the air stick (5) is adjustably attached to the wall opposite the burner nozzles.
  • the connections for the swirl air (8) and the axial air (9) are arranged on the air stick (5) outside the Bre ⁇ nerka mer (4). From the burner nozzles (6) of the burner chamber - the flames burn into the main combustion chamber (7).
  • the fuel-rich flame core is fanned out by setting the swirl air (8), the axial air (9) and the air stock (5) to the burner nozzle (6), as a result of which a tight flame is achieved.
  • the heat generated during the combustion is used in the trains (11) of an energy utilization system, in this case a water heater.
  • the cooled exhaust gases are drawn off via the exhaust pipe (10).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennung von festen Brennstoffen in einer Brennkammer, wobei die Brennkammer (2) als Primärbrenneinrichtung zur Pyrolyse der Brennstoffe ausgebildet ist, und die Primärbrenneinrichtung eine von dieser räumlich getrennte Sekundärbrenneinrichtung (4, 7) zum Ausbrand der in der Pirmärbrenneinrichtung erzeugten Brandgase nachgeschaltet ist. Die Sekundärbrenneinrichtung (4, 7) wird mit einem Luftstock (5) und einer oder mehreren Brenndüsen (6) ausgerüstet. Durch Auswechseln bzw. Ab- oder Zuschalten von Brenndüsen (6) kann die thermische Leistung der Sekundärbrenneinrichtung (4, 7) verstellt werden.

Description

Feueruπgsaπlage für feste Brennstoffe mit Sekundärbrenner
Während bei Steinkohle -sofern sie nicht- als Kohlestaub verbrannt wird- ein eben liegender, fester oder beweglicher Rost angewandt wird, sind z.B. für stückige Braunkohlen feststehende oder mechanisch bewegte Treppen und auch Muldenroste gebräuchlich. Heizwert, Wasser- und Aschegehalt, Körnung, flüchtige Bestand¬ teile, Beschaffenheit der Rückstände und die Eigenschaft der Schlacke sind bei der konstruktiven Gestaltung der Feuerungen maßgebend.
Eine Sonderstellung nehmen dabei Anlagen zur Verbrennung von Abfallstoffen ein. An sie werden die höchsten Anforderungen gestellt um einen möglichst vollständigen Ausbrand der Abgase und der festen Verbrennungsrückstände zu erreichen.
Nachteilig bei allen bekannten Feueruπgsarten ist aber, daß bisher immer versucht wird, den Primär- und den Sekundär- verbrennungsvorgang sowie den Ausbrand der festen Rückstände in einem Raum, oder wenigstens in fuπktioπell unmittelbar zusammenhängenden Räumen durchzuführen. Diese konstruktiven Gegebenheiten wirken sich aber ungünstig bei der Verbrennung fester Brennstoffe aus, weil die für eine vollkommene Verbrennung notwendigen ther odynamischen, chemischen und strömungsabhän¬ gigen Einzelprozesse auf dem allgemein kurzen Weg zwischen Glutbett und der Abhitzezone nicht voll wirksam werden können. Es wurde bereits versucht die Verbrennungsvorgänge in Feuerungs¬ anlagen zu trennen. Dabei wurde Wert auf den Ausbrand der Brand¬ gase in sogenannten Wirbelkammern gelegt. Versuche haben gezeigt, daß solche Anlagen, obwohl doch recht gute Ausbrandergebπisse erzielt werden können, verhältnismäßig aufwendig in der Konstruktion sind und von Fall zu Fall genau auf die gerade benötigte Leistung ausgelegt und auch betrieben werden müssen.
Günstiger ist es die Feuerungsanlage so zu gestalten, daß ein möglichst weiter Leistungsbereich mit einer Anlage abgedeckt werden kann. Eine Anlage also in der durch Verkleinern bzw. Vergrößern der Brennerdüsen oder Abschalten einzelner Brenner¬ düsen die Leistung der Verbrennungsanlage in einem weiten Bereich verstellt werden kann. Dies erzwingt natürlich auch, daß die Verbrennungsluft in Form von Sekundärluft unmittelbar an den Brennern verstellt bzw. geregelt werden kann. In zunehmendem Maße wird von Feuerungsanlagen verlangt, daß feuerungsbedingte Schadstoffe bei der Verbrennung vermieden und brennstoffbedingte Schadstoffe eliminiert werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Feuerungsanlage für feste Brenπstofe so auszubilden, daß trotz geringem ferti¬ gungstechnischen Aufwand und geringem Platzbedarf feste Brenn¬ stoffe unter weitestgehender Vermeidung feuerungsbedingter Schadstoffe, mit gutem Wirkungsgrad genutzt werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß den herkömmlichen und bekannten Primärbrenneinrich- • tuπgeπ wie Roste oder Drehrohr ein von diesen Einrichtungen räumlich getrennter und in der Anmeldeschrift beschriebener Brenner für die Brandgase nachgeschaltet sind. Diese Feuerungsanlage für feste Brennstoffe zeichnet sich dadurch aus, daß die Pri ärbrenπeinrichtungen, wie Rost oder Drehrohr als reine Vergasungseinrichtungen betrieben werden und die nachgeschalteten Brenner für die Brandgase dem Ausbrand der Gase aus den Vergasuπgseinrichtungen und der Wärmeenergieerzeugung dienen.
Dadurch, daß in die Vergasungseinrichtungen nur die Luftmenge zugeführt wird, die für eine günstige, dem jeweiligen Brenn¬ stoff angepaßte Vergasungsreaktion ausreichende Sauerstoff eπge enthält, wird in den Vergasungseinrichtungen ein unterstöchio- metrischer Brennvorgang ausgelöst, der primär nur der Wärme¬ erzeugung dient, die für die Vergasung der Brennstoffe notwendig ist. Die Verbrennungstemperaturen bleiben niedrig und die Brand¬ gasmenge verhältnismäßig klein. Dadurch ergeben sich wesentlich kleinere Feuerungsräume für die Vergasungseinrichtungen. Die Gasgeschwindigkeit kann klein gehalten werden, Staub und andere flugfähige Teilchen aus dem Glutbett werden in einem weit gerin¬ gerem Maß mitgerissen als bei herkömmlichen Feuerungen.
Von den Primärbrenneinrichtungen wie Plan- oder Schrägroste, Drehrohr oder Unterschubrost werden die Brandgase in die Brennerkammer geleitet. Im Übergangsbereich von den Primär¬ brenneinrichtungen in die Brennkammer erfolgt, durch Einbauten in Form von Platten oder Roste, eine zwangsläufige Makrover¬ mischung der Brandgase und damit eine vollständige AufSchließung der Brennstoffmoleküle. An dieser Stelle kann den Brandgasen bei Bedarf Wasser zur Klimatisierung der Brandgase bzw. Chemi¬ kalien in Staub- Dampf- oder Gasform zur Neutralisierung oder Eliminierung von brennstoff- und feuerungsbedingten Schadstoffen zugegeben .werden. Danach gelangen die Brandgase in die Brennerkammer. Die Brennerkammer ist die dritte Stufe der dreistufigen Pyrolyse¬ einrichtung nach den Rosten oder Drehrohr als erste Stufe und der zweiten Stufe, dem Übergang von der Primärbrenneinrichtung in die Brennerkammer. Die Brennerkammer dient als Gaspuffer vor den Brennerdüsen und Reaktionsraum für die Brandgase.
Von der Brennerkammer aus werden die Brandgase in die Brenner¬ düsen, bei kleineren Anlagen-Einheiten in eine einzelne Brenner¬ düse geleitet. Erst unmittelbar vor bzw. in der Düse bei größeren Anlagen vor bzw. in den Düsen wird die zur Verbrennung notwendige Sekundärluft in Form von geregelter und vorgewärmter Axial- und Dralluft über einen Luftstock zugeführt. Durch Einstellung der Axial- und Dralluft wird der brennstoffreiche Flammenkern aufgefächert um eine möglichst straffe Flamme zu erzielen. Die Flammen brennen von den Brennerdüsen direkt in die Hauptbrennkammer der Energienutzungseinrichtung wie z.B. eines Dampferzeugers.
Von wesentlicher Bedeutung ist, daß während des gesamten Pyrolysevorganges die 02-Konzentration gering gehalten werden kann, so daß die Pyyrolysegase bis zu ihrer Verbrennung in den Brennerdüsen über eine lange Reaktionszeit zur Verfügung stehen und die thermische Leistung der Brenner durch Auswechseln der Brennerdüsen bzw. durch Abschalten oder Zuschalten von Brenner¬ düsen in einem weiten Bereich verstellt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Schrägrost wird nach¬ folgend anhand Figur 1 näher erläutert: Figur 1 zeigt:
eine Schnittzeichnung einer Ausführungsform eines Heizkessels mit Schrägrost als Primär¬ brenneinrichtung und Brennerkammer mit Brenner¬ düsen als Sekundärbrenneinrichtung nach der Erfindung.
Die Feuerungsanlage für feste Brennstoffe mit Sekundärbrenner umfaßt eine Brennstoff -Aufgabeeinrichtung (1), einen Schräg¬ rost (2) als Primärbrenneinrichtung mit dem Aschen- oder Schlackenraum (12), einen ubergangsbereich (3) mit Platten bzw. Rosteinbauten zur Brandgas-Auf bereituπg.
An diesen Übergangsbereich (3) schließt sich die Brennerkammer (4) mit den Brennerdüsen (6), bei kleineren Anlageneinheiten eine einzelne Brennerdüse, an. Der Luftstock (5) ist an der den Brennerdüsen gegenüber liegenden Wand verstellbar befestigt. Am Luftstock (5) sind außerhalb der Brennerkammer (4) die Anschlüsse für die Dralluft (8) und die Axialluft (9) ange¬ ordnet. Von den Brennerdüsen (6) der Breπnerkammer (4) aus brennen die Flammen in die Hauptbrennkammer (7). Durch Ein¬ stellung der Dralluft (&), der Axialluft (9) und des Luft¬ stocks (5) zur irennerdüse (6) wird der brennstoffreiche Flammenkern aufgefächert, wodurch eine straffe Flamme erzielt wird.
Die bei der Verbrennung erzeugte Wärme wird in den Zügen (11) einer Energienutzungsanlage, in diesem Fall einem Wasser¬ erwärmer genutzt. Die abgekühlten Abgase werden über den A: jasstutzen (10) abgezogen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Drehrohr wird nachfolgend anhand Figur 2 näher er¬ läutert; Figur 2 zeigt: eine Schnittzeichnung einer Ausführungsform eines Heizkessels mit Drehrohr als Primär¬ brenneinrichtung und Brennerkammer mit Brenner¬ düsen als Sekundärbrenneinrichtung nach der Erfindung.
Die Feuerungsanlage für feste Brennstoffe mit Sekundärbrenner umfaßt eine Brennstoff -Aufgabeeinrichtung (1), einen Dreh¬ rohr (2) als Primärbrenneinrichtuπg mit dem Aschen- oder Schlackenraum (12), einen Übergangsbereich (3) mit Platten bzw. Rosteinbauten zur Brandgas-Aufbereitung.
An diesen Übergangsbereich (3) schließt sich die Brennerkammer (4) mit den Brennerdüsen (6), bei kleineren Anlageneinheiten eine einzelne Brennerdüse, an. Der Luftstock (5) ist an der den Brennerdüsen gegenüber liegenden Wand verstellbar befestigt. Am Luftstock (5) sind außerhalb der Brennerkammer (4) die Anschlüsse für die Dralluft (8) und die Axialluft (9) ange¬ ordnet. Von den Brennerdüsen (6) der Brennerkammer (4) aus brennen die Flammen in die Hauptbrennkammer (7). Durch Ein¬ stellung der Dralluft (8), der Axialluft (9) und des Luft¬ stocks (5) zur Brennerdüse (6) wird der brennstoffreiche Flammenkern aufgefächert, wodurch eine straffe Flamme erzielt wird.
Die bei der Verbrennung erzeugte Wärme wird in den Zügen (11) einer Energienutzungsanlage, in diesem Fall einem Wasser¬ erwärmer genutzt. Die abgekühlten Abgase werden über den Abgasstutzen (10) abgezogen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit ünterschubrost wird nachfolgend anhand Figur 3 näher erläutert;
Figur 3 zeigt: eine Schnittzeichnung einer Ausführungsform eines Heizkessels mit Unterschubrost als Primär¬ brenneinrichtung und Brennerkammer mit Brenner¬ düsen als Sekundärbrenneinrichtung nach der Erfindung.
Die Feuerungsaπlage für feste Brennstoffe mit Sekundärbrenner umfaßt eine Brennstoff-Aufgabeeinrichtung (1), einen Unterschub¬ rost (2) als Primärbrenneinrichtung mit dem Aschen- oder Schlackenraum (12), einen Übergangsbereich (3) mit Platten bzw. Rosteinbauten zur Brandgas-Aufbereitung.
An diesen Übergangsbereich (3) schließt sich die Brennerkammer (4) mit den Brennerdüsen (6), bei kleineren Anlageπeinheiten eine einzelne Brennerdüse, an. Der Luftstock (5) ist an der den Brennerdüsen gegenüber liegenden Wand verstellbar befestigt. Am Luftstock (5) sind außerhalb der Breπnerka mer (4) die Anschlüsse für die Dralluft (8) und die Axialluft (9) ange¬ ordnet. Von den Brennerdüsen (6) der Brennerkammer ' -- aus brennen die Flammen in die Hauptbrennkammer (7). Durch Ein¬ stellung der Dralluft (8), der Axialluft (9) und des Luft¬ stocks (5) zur Brennerdüse (6) wird der brennstoffreiche Flammenkern aufgefächert, wodurch eine straffe Flamme erzielt wird.
Die bei der Verbrennung erzeugte Wärme wird in den Zügen (11) einer Energienutzungsanlage, in diesem Fall einem Wasser¬ erwärmer genutzt. Die abgekühlten Abgase werden über den Abgasstutzen (10) abgezogen.

Claims

- -Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Verbrennung von festen Brennstoffen in einer Brennkammer , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Brennkammer als Primärbrenneinrichtung zur Pyro¬ lyse der Brennstoffe ausgebildet ist, und daß der Primärbrenneinrichtung eine von dieser räumlich getrennte Sekundärbrenneinrichtung zum Ausbrand der in der Primärbrenneinrichtung erzeugten Brandgase nachge- schaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sekundärbrenneinrichtung eine Brennkammer (4) und mindestens eine Brennerdüse (6) aufweist.
3. \ richtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Brennkammer (4) der Sekundärbrenneinrichtung als Gaspuffer vor Eintritt der Brandgase in die Brennerdüse(n) (6) dient.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Brennkammer (4) der Sekundärbrenneinrichtung als Mischraum für in der Primärbrenneinrichtung erzeugten Brandgase dient.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Leistung der Sekundärbrenneinrichtung regelbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Leistung der Sekundärbrenneinrichtung durch Zu- oder Abschalten von Brennerdüsen (6) der Sekundär¬ brenneinrichtung regelbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Leistung der Sekundärbrenneinrichtung durch Austauschen von Brennerdüsen (6) der Sekundär¬ brenneinrichtung regelbar ist.
8. Vorrichtung" nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die für den Betrieb der Sekundärbrenneinrichtung nötige Sekundärluft geregelt und vorgewärmt unmittelbar vor und/oder in den Brennerdüsen (6) zugeführt wird.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die für den Betrieb der Sekundärbrenneinrichtung nötige Sekundärluft über einen einstellbaren Luftstock (5) zugeführt wird.
10.Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sekundärbrenneinrichtung zur Wärme energieerzeugung benutzt wird.
11.Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Primärbrenneinrichtung mit niedriger Ver¬ brennungstemperatur betrieben wird.
12.Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen der Primärbrenneinrichtung und der Sekundärbrenneinrichtung ein Übergangsbereich (3) zur Vermischung der Brandgase vorgesehen ist.
13.Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Übergangbereich (3) zur Vermischung der Brand¬ gase mit Wasser oder Chemikalien dient.
14.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Übe'rgangbereich (3) zur Unterstützung des
Vermischungsvorgangs Einbauten in Form von Platten oder Rosten aufweist.
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