WO2003067153A1

WO2003067153A1 - Verfahren und vorrichtung zum eindüsen von sekundärluft in den rauchgasstrom einer verbrennungsanlage

Info

Publication number: WO2003067153A1
Application number: PCT/CH2003/000087
Authority: WO
Inventors: Jakob Stiefel
Original assignee: Doikos Investments Ltd.
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2003-08-14
Also published as: AU2003201612A1

Abstract

Das Verfahren wird mit einer Mehrzahl von Düsen betrieben, welche die Flossenrohre eines Kessels durchsetzen. Die Sekundärluft wird von den Düsen nach Massgabe des lokalen und zeitlichen Sekundärluftbedarfs und der lokalen und zeitlichen Strömungsverhältnisse im Rauchgas in bezug auf Eindüsrichtung und Eindüsmenge der eingedüsten Sekundärluft variiert. Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens schliesst eine Anzahl Düsenrohre (3) ein, die an einem Gaskanal (10) angebaut sind, welcher an zwei gekrümmten, ausserhalb der Kesselwand (1) in einer zur Kesselwand (1) senkrecht verlaufenden Ebene angeordneten Schiene (30) auf und ab bewegbar geführt ist, wobei der Mittelpunkt des Krümmungsradius der Schiene (30) im Bereich des Kesselwandquerschnittes oder innerhalb des Kessels liegt. Die einzelnen Düsen (4) weisen einen verstellbaren Mündungsquerschnitt auf. Die Mündungsabschnitte (4) sind frei liegend durch die Kesselwand (1) geführt und ausserdem wassergekühlt und sie werden aussen von hinten nach vorne rundum von Spülluft umströmt, sodass sie nicht verschmutzen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Eindiisen von Sekundärluft in den Rauchqasstrom einer Verbrennunqsanlage

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Eindüsen von Sekundärluft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage. In Feuerungsanlagen, namentlich in Kehrichtverbrennungsanlagen, entstehen abhängig von der Qualität der Verbrennung verschiedene gasförmige Verbindungen, die umwelt- bzw. gesundheitsschädlich sind und darum zu einem möglichst hohen Prozentsatz aus den Rauchgasen entfernt werden sollen. Emissionsgrenzwerte werden durch gesetzliche Vorschriften vorgegeben und dürfen in keinem Fall überschritten werden. Sie werden mit verhältnismässig einfachen Methoden gemessen, kurz bevor der gereinigte Rauchgasstrom in die Atmosphäre entlassen wird. Es werden hierzu Sonden in den Rauchgasstrom montiert, wobei der Rauchgasstrom praktisch als homogen vorausgesetzt wird, und der von diesen Sonden gemessene Wert wird als relevant für die Einhaltung der vorgeschriebenen Maxima betrachtet. Typische Gase, die in einem Rauchgasstrom einer Kehrichtverbrennungsanlage vorkommen, sind etwa CO₂, CO, NO_x, O₂, Ammoniak (NH₃), Schwefelverbindungen und anderes. [0002] Für die Verbrennung wird dem Feuer von unterhalb des Rostes sogenannte Primärluft zugeführt und zur Nachverbrennung in der Gasphase bläst man bedarfsweise oberhalb des Feuers Sekundärluft in den Feuerungsraum ein. Die Rauchgase strömen dann durch einen Kessel, der in der Regel aus Flossenrohren besteht, die vertikal verlaufen und einen Rauchgaskanal bilden. Die heissen Rauchgase des Rauchgasstromes geben ihre Wärme zunächst über diese Flossenrohre an einen in diesen zirkulierenden Wasserkreislauf ab, bevor sie die Rauchgas-reinigungsvorrichtungen durchströmen und hernach in die Atmosphäre entlassen werden.

[0003] Die Rauchgase werden zur Reinigung teilweise rezykliert und oberhalb des Feuers erneut als Sekundärluft dem Rauchgasstrom zugegeben. In der Praxis werden ca. 15% bis 20% der Rauchgase einer Kehrichtverbrennungsanlage meist nach dem Elektrofilter abgezweigt und so wiederverwendet. Man erreicht damit, dass die Rauchgastemperatur reduziert wird und somit die Einrichtungen für die Rauchgasreinigung geschont werden. Eine weitere wichtige Wirkung ist die gesteigerte Energieausbeute bzw. die gesteigerte Effizienz des Kessels. Die Ofenkapazität lässt sich dabei um bis zu 20% steigern. Typischerweise werden in einer kommunalen Kehrichtverbrennungsanlage solche als Rezykliergas oder kurz Rezygas genannten Gasströme in einer Menge von 10^*000 bis 20O00 m³ pro Stunde umgesetzt. Es versteht sich, dass die hierfür nötigen Gaskanäle entsprechend gross ausgelegt sein müssen. Es werden Stahlrohre mit bis ca. 1m Durchmesser eingesetzt, die zudem aussen isoliert sind, um die Wärme des Gases unterwegs nicht zu verlieren und möglichst in den Kessel einzuspeisen. Von diesen Gaskanälen zweigen in radialer Richtung mehrere Düsenrohre ab. Es handelt sich bei diesen Düsenrohren um Stahlrohre von ca. 50cm Länge von 30 bis 100mm Durchmesser. Sie führen durch die Kesselwand in den Kesselraum, wo sie münden.

[0004] Naturgemäss führen die Rauchgase eine erhebliche Fracht von Schadstoffen mit sich. Es handelt sich dabei zum Beispiel um Schwefeloxide, Chlorver- bindungen, um flüchtige Schwermetalle wie Blei, Zink, Cadmium usw., sowie um flüchtige Alkali wie Natrium, Kalium, Magnesium etc. Obwohl die zu rezyklierenden Rauchgase nach Durchströmen des Elektrofilters abgezweigt werden, beträgt die Schadstoff-Fracht immer noch um die 10mg bis 20mg pro m³ Gasvolumen. Die Gase strömen mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 70m/s durch diese Düsenrohre. Wechselnde Turbulenzen und Änderungen der Strömungsverhältnisse und Temperaturen insbesondere im Bereich der Düsenmündungen bringen es mit sich, dass die sich im Rauchgas befindlichen Staubteilchen sowie mitgeführte verdampfte Schadsoffe sich dort ablagern, versintern oder kristallisieren und sich auch an den Düseninnenwänden festsetzen. Mit der Zeit setzen sich die Düsen immer mehr zu. In der Praxis ist schon nach 14 Tagen Anlagenbetrieb eine Verschlechterung deren Kapazität feststellbar und nach weiteren 14 Tagen muss die Anlage für zwei Tage stillgelegt werden, sodass die Düsen gereinigt werden können.

[0005] Der CO-Wert im Rauchgas wird als besonders wichtige Grosse für die Beurteilung der Verbrennungsqualität in einer Kehrichtverbrennungsanlage betrachtet. Also schreibt der Gesetzgeber einen maximalen CO-Wert vor, der unter allen Umständen eingehalten werden muss. Über einen relativ weiten Bereich eines O₂- Anteils in den Verbrennungsgasen kann dieser CO-Wert eingehalten werden. Bei einer Reduktion des O₂-Anteils und somit bei einer Erhöhung der Effizienz der Verbrennung infolge der Reduktion des gesamten Verbrennungsgasvolumens wird auch der NOχ-Anteil reduziert. Wird aber der O₂-Anteil über ein kritisches Mass hinaus weiter reduziert, so steigt der CO-Wert plötzlich abrupt an. Idealerweise sollte daher die Verbrennunganlage stets nahe an diesem kritischen Punkt gefahren werden, um bei Einhaltung des vorgeschriebenen CO-Wertes das gesamte Rauchgasvolumen wie auch den NO_x-Anteil so niedrig wie möglich zu halten. Mit je weniger O₂-Anteil gefahren werden kann, umso weniger Staub und Russ wird produziert und umso weniger schnell sind die Rauchgaspartikel im Rauchgasstrom. Das aber reduziert die Erosion an den Kesselwänden, denn schnelle Russpartikel wirken sich auf die Kesselwände wie eine Sandstrahlung aus. Infolge unzureichender Kenntnisse der jeweils aktuellen Verbrennungsvor- gänge wird in der Praxis mit bis zu 10%-O₂-Anteil im Rauchgas gefahren, um den CO-Wert jederzeit sicher einhalten zu können, während eine stöchiometrische Verbrennnung theoretisch keinen unverbrauchten Sauerstoff mehr in den Rauchgasen zurücklassen sollte.

[0006] Oftmals muss die Verbrennung in diesen Feuerungsanlagen mangels einer hinreichend feinen Steuerung also mit einem deutlichen O₂-Überschuss erfolgen, um die gesetzlich geforderte Rauchgasqualität zu erreichen. Die Zufuhr der hierfür nötigen Luft vergrössert aber das Rauchgasvolumen beträchtlich. Das hat Auswirkungen auf die Auslegung der nachgeschalteten Einrichtungen für die Rauchgasreinigung und auf die Leitungen für das Rezygas. Diese teuren und wartungsintensiven Einrichtungen müssen daher wesentlich grösser ausgelegt werden als sie bei einer idealen Verbrennung nötig wären. Wenngleich der CO-Wert insgesamt eingehalten werden mag, so kann es wegen der unzureichenden Kenntnisse über die aktuelle Zusammensetzung des Rauchgasstromes vorkommen, dass zum Beispiel laufend unbemerkt übermässig viel CO₂-Gas einer Kesselwand entlangströmt. Diese oxidiert deswegen vorzeitig und der Kessel muss mit hohem Aufwand überholt oder gar ausgewechselt werden.

[0007] Grundsätzlich ist der Rauchgasstrom stark inhomogen. Das heisst, über den Querschnitt zur Strömungsrichtung gesehen weist er unterschiedliche Temperaturen und unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten auf. Zum Beispiel kann die Temperatur etwa in der Mitte am grössten sein, während sie gegen den Rand des Strömungsraumes hin abfällt - oder aber die Temperatur erreicht zum Beispiel in einer angehobenen Ecke ihren Spitzenwert. Weiter kann zum Beispiel die Strö- mungsgeschwindigkeit auf der einen Seite des Strömungsraumes unmittelbar über dem Rost sowie gegen die Mitte hin bedeutend grösser sein als auf der anderen Seite des Strömungsraumes. Manchmal kann man sogar feststellen, dass auf der einen Seite des Strömungsraums zeitweise negative Geschwindigkeiten auftreten, das heisst, die Rauchgase bilden eine Walze. Man hat also eine deutliche Abweichung von einer laminaren Strömung und entsprechend treten Turbulenzen auf. Erst weiter oben im Rauchgaskanal des Kessels wird die Strömung im wesentli- chen laminar. Betrachtet man die im Strömungsraum verlaufenden Isothermen, so bilden diese im Innern des Strömungsraumes meist eine Kuppel- oder Glockenform, wobei diese Form deformiert und also auch asymmetrisch sein kann. In anderen Fällen wieder ermittelt man eine Sattelform, oder die Form eines an einer Ecke hochgezogenen Tuches, usw. usf.

[0008] In der Praxis hat sich gezeigt, dass mit zunehmenden Heizwerten der Anteil der sogenannten Sekundärluft im Verhältnis zur Primärluft erheblich zunimmt. So steigt das Verhältnis der Primärluftmenge zu jener der Sekundärluftmenge von 70:30 bei geringen Heizwerten des Kehrichts bis ca. 9O00 kJ/kg auf ein solches von 40:60 bei hohen Heizwerten von über 12O00 kJ/kg. Parallel hierzu steigen die für die Verbrennung erforderlichen Luftmengen absolut gesehen erheblich an. Durch Erfahrungen und Untersuchungen ist bekannt, dass für eine optimale Verbrennung insbesondere die Strahlungseindringtiefe sowie die Neigung und damit die Zuführung der Sekundärluft in den Rauchgasstrom von grösser Bedeutung ist. Herkömmlich wird nun die Sekundärluft über mehrere Düsen in Abhängigkeit von der Feuerraumgeometrie horizontal oder leicht nach unten oder oben geneigt eingedüst. Die Düsen werden von einem gemeinsamen Sekundärluftkanal kollektiv mit Frischluft und Rezygas versorgt, wodurch jede Düse gleichviel Gas eindüst. Es ist deshalb nicht möglich, der Inhomogenität des Rauchgasstromes mit unterschiedlichen Eindüsmengen pro Düse Rechnung zu tragen. Mit einer gezielteren Zufuhr von Sekundärluft, namentlich mit einer lokal individuellen Variierung der Eindüsmenge und der Strahlform der eingedüsten Sekundärluft sowie einer zeitlichen Variierung der Eindüsrichtung der einströmenden Sekundärluft könnte der O₂-Überschuss weiter reduziert werden und es könnte näher an eine ideale Verbrennung herangefahren werden.

[0009] Die Mündungen der herkömmlichen Düsenrohre ragen leicht in den Kesselraum hinein und sind rundum mit einer Abstampfung gegenüber dem Flossenrohr, durch das sie hindurchgeführt sind, abgedichtet. Im Betrieb prallen heisse Russpartikel an die Düsenmündungen und sintern daran oder prallen als kleine flüssige Tröpfchen an die Düsenmündungen und kristallisieren dann daran. Mit der Zeit entstehen schnautzartige Anbackungen um die Düsenmündung und an der Düsenmündung selbst, sodass auch der Gasstrom durch die Düse beinträchtigt und abgelenkt wird oder zuweilen der Austrittsquerschnitt der Düse erheblich reduziert wird. Um diesen Verschmutzungszustand zu beseitigen, muss die Verbrennungsanlage stillgelegt werden, damit man in das Innere des Kessels gelangen kann, um die Mündungen der Düsen durch Wegspitzen der Anbackungen und der Abstampfung freizulegen. Erst dann können die Düsenrohre nach hinten aus den Kesselwänden ausgefahren und gereinigt werden. Es ist klar, dass solche Aktionen mit grossen Folgekosten verbunden sind, zumal ja die Verbrennungsanlage für die Revisionsarbeiten stillgelegt werden muss.

[0010] Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Eindüsen von Sekundärluft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage zu schaffen, um die oben aufgezeigten Nachteile zu überwinden und die Sekundärluft auch langfristig zuverlässig eindüsen zu können, sodass Wartungen und Revisionen kaum mehr nötig sind. Ausserdem soll auch die Richtung der eingedüsten Sekundärluft variiert werden können, und für jede einzelne Düse soll die Menge und die Form des Gasstrahls der eingedüsten Sekundärluft individuell variiert werden können, damit durch diese Massnahmen die Sekundärluftzufuhr gezielter an den Bedarf des Rauchgasstromes angepasst werden kann und durch die Verbesserung der Sekundärverbrennung insgesamt eine effizientere Verbrennung erzielt wird und die Rauchgasvolumina weiter reduziert werden können.

[0011] Diese Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren zum Eindüsen von Sekundärluft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage, mit einer Mehrzahl von die Flossenrohre eines Kessels durchsetzenden Düsen, das sich dadurch auszeichnet, dass die Sekundärluft von den Düsen nach Massgabe des lokalen und zeitlichen Sekundärluftbedarfs und der lokalen und zeitlichen Strömungsverhältnisse im Rauchgas in Bezug auf Eindüsrichtung, auf die Eindüsmenge und die Strahlform der eingedüsten Sekundärluft variiert wird. [0012] Die Aufgabe wird desweiteren gelöst von einer Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zum Eindüsen von Sekundärluft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage, mit einer Mehrzahl von die Flossenrohre der Kesselwand eines Kessels durchsetzenden Düsen, das sich dadurch auszeichnet, dass die Düsen der Sekundärluftrohre freiliegend durch die Kesselwand geführt sind und die Sekundärluftrohre an einem horizontal verlaufenden Gaskanal angebaut sind, welcher um eine horizontale Achse auf und ab schwenkbar ist, die im Bereich des Kesselwandquerschnittes oder innerhalb des Kessels verläuft, und dass die Düsen wassergekühlt sind und einen verstellbaren Mündungsquerschnitt aufweisen.

[0013] Eine vorteilhafte Ausführung der Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben und ihre Funktion sowie das damit ausgeübte Verfahren wird erläutert.

Es zeigt:

Figur 1 : Einen Ansicht eines Verbrennungsrostes mit zugehörigem Kessel und der Anordnung der Sekundärluftdüsen;

Figur 2: Eine Ansicht der Vorrichtung von der Seite her gesehen in einem

Querschnitt;

Figur 3: Eine Ansicht der Vorrichtung von rechts nach links in der Abbildung nach Figur 1 gesehen, jedoch seitlich zum Randjier Vorrichtung versetzt.

[0014] Zunächst ist in Figur 1 ein Rost und der zugehörige Kessel von der Seite her gesehen dargestellt. Der Rost 40 ist schräg gegen abwärts geneigt und auf ihm liegt das Brennbett 41. Durch den Schacht 42 rechts im Bild wird der Rost 40 beschickt. Oben befindet sich die Zünddecke 43. Der Kessel 44 mit seinen Kesselwänden 1 erstreckt sich anschliessend an die Zünddecke 43 vertikal nach oben. Gegenüber der Zünddecke 43 wird Sekundärluft, das heisst Frischluft und/oder Rezykliergas über die Sekundärluftrohre 3 eingedüst, wie das hier schematisch angedeutet ist. Man sieht den Gaskanal 10 im Querschnitt, der horizontal längs der Aussenseite der Kesselwand 1 verläuft, sowie ein von ihm abzweigendes Sekundärluftrohr oder Düsenrohr 3, von welchen es eine ganze Reihe gibt. Aufgrund der Figur 1 wird klar, wo die Vorrichtung zum Eindüsen von Sekundärluft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage platziert wird. Die Vorrichtung selbst wird anhand der Figur 2 im Detail gezeigt und beschrieben.

[0015] Die Figur 2 zeigt hierzu die Vorrichtung zum Eindüsen von Sekundärluft in einem Ausschnitt in einer vergrösserten Darstellung von der Seite her gesehen in einem Querschnitt. Man sieht ganz rechts die Kesselwand 1 mit der Abstampfung 2 auf ihrer Innenseite, welche ihre Korrosion verhindern soll. Die Kesselwand 1 wird von einem Flossenrohr gebildet, welches aus einer Reihe paralleler, vertikal verlaufender Rohre gebildet wird, wobei zwei benachbarte Rohre an ihrer Längsseite über einen Stahlsteg miteinander verbunden sind. Das Sekundärluftrohr oder Düsenrohr 3 ist hier durch den Steg zwischen zwei Flossenrohren hindurchgeführt und ragt mit seinem Mündungsabschnitt 4, der die eigentliche Düse 4 bildet, in die Kesselwand 1, wobei die Mündung 5 entweder noch innerhalb des Kesselwandquerschnittes, gerade an der Innenwand der Kesselwand 1 selbst oder etwas in den Kessel hineinragend angeordnet sein kann. Im gezeigten Beispiel schliesst die Mündung 5 bündig mit der Innenseite 6 der Kesselwand 1 ab. Um das Düsenrohr 3 durch die Kesselwand 1 hindurchführen zu können, wird zunächst ein Loch in den Steg gebohrt, welcher zwei benachbarte Rohre des Flossenrohrs verbindet. Reicht der Durchmesser bzw. die Breite des Steges nicht aus, so können die an den Steg anschliessenden Rohre des Flossenrohres nach aussen voneinander weggebogen werden, sodass genügend Platz geschaffen wird, um den Mündungsbereich 4 durch das Flossenrohr hindurchzuführen, ohne dass die benachbarten Rohre deshalb aufgeschnitten zu werden brauchen. Das Flossenrohr bildet dann an dieser Stelle eine trichterförmige Ausbiegung 19.

[0016] Der ganze Mündungsabschnitt 4 des Düsenrohres 3 ist doppelwandig aus- geführt, was den Anschluss eines Zufuhr- und Abführschlauches für eine Wasserkühlung erlaubt. Wenn zum Beispiel die Wasserzufuhr unten am hinteren Ende 8 des Mündungsabschnittes 4 erfolgt und die Wasserabfuhr oben am hinteren Ende 9 des Mündungsabschnittes 4, so wird bereits sichergestellt, dass das Wasser den Mündungsabschnitt 4 hinreichend umströmt, um diesen auf einer so tiefen Temperatur zu halten, dass das Material nicht infolge der Hitzeeinwirkung im Kesselraum übermässig belastet wird, wie das bei den herkömmlichen Düsenrohrmündungen stark der Fall ist.

[0017] Das Sekundärluftrohr oder Düsenrohr 3 ist am hinteren Ende an einen gross dimensionierten, horizontal verlaufenden Gaskanal 10 angeflanscht, welcher für die Zufuhr von Sekundärluft und Rezygas dient. An das hintere Ende des Sekundärluftrohrs oder Düsenrohrs 3 ist hierzu ein Flansch 11 angeschweisst und im Innern des Gaskanals 10, der aus Stahlblech gefertigt ist und im gezeigten Beispiel im Prinzip ein Vierkantrohr bildet, ist zur Verstärkung ein zugehöriger Stahlflansch 12 aufgeschweisst, sodass das Düsenrohr 3 einfach mit seinem Flansch 11 auf diesen Stahlflansch 12 aufgeschraubt werden kann. Rund um das Düsenrohr 3 ist im hier gezeigten Beispiel ein Rahmen 13 aus Stahlblech auf die Aussenseite der Kesselwand 1 angeschweisst, den man hier in einem Querschnitt sieht. Der obere Rand des Rahmens , im Bild also der Rand auf der linken Seite, ist über einen flexiblen Balg 14 gasdicht mit der oberen 15 und unteren Kante 16 des Gaskanals 10 verbunden, welche Kanten 15,16 dem Kessel zugewandt sind. Dieser Balg 14 kann aus einem geeigneten Gummimaterial oder Leder gefertigt sein.

[0018] Der Gaskanal 10 wird von seiner hinteren, das heisst der Kesselwand 1 abgewandten Seite her, das heisst im Bild von der linken Seite her, von einer Stösselstange 17 quer durchsetzt, die mit ihrem vorderen Abschnitt im Sekundärluftrohr oder Düsenrohr 3 zentral in axialer Richtung verläuft. An ihrem vorderen Ende trägt die Stösselstange 17 einen Verschlusszapfen 18, im gezeigten Beispiel einen Kegelzapfen 18. Damit die Stösselstange 17 an ihrem vorderen Ende schön im Sekundärluftrohr oder Düsenrohr 3 zentriert bleibt, ist sie in einem in das Se- kundärluftrohr 3 eingeschweissten Stern 20 gelagert. Das Sekundärrohr 3 selbst weist wie schon beschrieben einen wassergekühlten Mündungsabschnitt 4 auf, der zudem gegen die Mündung hin konisch verjüngt ist, wonach ein Endabschnitt 21 bis zur Mündung folgt, der wieder einen gleichbleibenden Durchmesser aufweist. Am hinteren Ende ist die Stösselstange 17 mit einem Gewinde 22 ausgerüstet und läuft in einer Gewindebüchse 23, die auf die dem Kessel abgewandte Seite des Gaskanals 10 angeschweisst ist. Am hinteren Ende der Stösselstange 17 sitzt hier ein Handrad 24. Wird nun die Stösselstange 17 mittels des Handrades 24 im Uhrzeigersinn gedreht, so verschiebt sie sich axial nach vorne und der Kegelzapfen 18 nähert sich dem konischen Abschnitt 25 des Mündungsbereiches 4, jeweils unter Freilassung eines kranzförmigen Querschnittes, wobei jedoch dieser Kranz bei fortschreitendem Verschieben des Kegelzapfens 18 immer schmaler wird, bis schliesslich der Kegelzapfen 18 den Querschnitt völlig verschliesst. Der ganze Mündungsabschnitt 4 ist aber so gestaltet, das bei voll zurückgefahrenem Kegelzapfen 18 die um ihn freibleibende Querschnittsfläche so gross ist wie die Querschnittsfläche im Endabschnitt 21 des Mündungsbereiches 4. Durch Verschieben der Stösselstange 17 lässt sich somit die Sekundärluftmenge von einem maximalen Durchströmungsquerschnitt bis zu einem Durchströmungsquerschnitt von Null regulieren. Gleichzeitig bewirkt der jeweils eingestellte kranzförmige Durchströmungsquerschnitt eine bestimmte Form des in den Kessel eingedüsten Sekundärluftstrahls. Bei zunehmend verringertem Durchströmungsquerschnitt werden die Gase an dieser Stelle beschleunigt und der Gasdruck wird lokal reduziert. Man erzielt also eine Düsenwirkung. Bei geringem Durchströmungsquerschnitt wird der Strahl bei der hier dargestellten Geometrie des Mündungsbereiches 4 aufgefächert, das heisst er strömt wie der Mantel eines stumpfen Kegels in den Kesselraum ein, während er bei voll geöffnetem Querschnitt, das heisst bei voll zurückgezogenem Kegelzapfen 18 in einem engeren Strahl in den Kesselraum einströmt.

[0019] Die ganze Vorrichtung, das heisst das Sekundärluftrohr 3 mit seinem Mündungsbereich 4, sowie der Gaskanal 10 mitsamt der Stösselstange 17 sind um eine Achse schwenkbar an die äussere Kesselwand 1 angebaut. Das ist im ge- zeigten Beispiel realisiert, indem der Gaskanal 10 an zwei Schenkeln 26,27 gehalten ist, die an ihren Enden mit je zwei Rollen 28,29 ausgerüstet sind. Diese beiden Rollen 28,29 sind an einer stationären gekrümmten Schiene 30 geführt, sodass sie also nur längs der Schiene 30 abrollen können. Der Krümmungsradius 31 der Schiene 30 hat sein Zentrum im Punkt 32, der hier genau auf der Innenseite der Kesselwand 1 bzw. deren Abstampfung liegt. In einer Variante könnte er etwas weiter zurückversetzt sein, sodass er im Innern der Kesselwand 1 läge, oder aber auch etwas noch vorne versetzt, sodass er sich bereits im Innern der Kesselraums befände. Die virtuellen Verlängerungen der Schenkel 26,27 führen ebenfalls genau auf diesen Punkt 32 hin. Der hier untere Schenkel 27 trägt an seinem hinteren Ende eine Gewindenuss 35 und durch diese führt eine Gewindestange 32, die mit einem Winkelgetriebe 33 verbunden ist, das von einem Handrad 34 verdreht werden kann. Wird die Gewindestange 32 über das Handrad und das Winkelgetriebe 33 verdreht, so hat das zur Folge, dass der Schenkel 27 mit der Gewindenuss 35 längs der gekrümmten Schiene 30 um den Drehpunkt 38 verschwenkt wird. Im Bild ist der Gaskanal 10 in seiner obersten Schwenkposition gezeigt. Das Sekundärluftrohr oder Düsenrohr 3 ist gegen abwärts geneigt und entsprechend ist die Mündung ebenfalls leicht nach unten geneigt. Deshalb wird in dieser Einstelllage die Sekundärluft leicht gegen den Rauchgasstrom in denselben eingeblasen. Verdreht man nun die Gewindestange 35 von unten gesehen im Uhrzeigersinn, so wird der Gaskanal 10 durch Schwenkung um den Drehpunkt 38 abgesenkt, wobei natürlich der Balg 14 entsprechend verformt wird und dafür sorgt, dass der von ihm eingeschlossene Raum zwischen dem Gaskanal 10 und dem Stahlblechrahmen 13 dicht verschlossen bleibt. Es ist klar, dass die Antriebe für die Stösselstange 17 wie auch für die Gewindestange 32_auch motorisch sein können. Anstelle der Handräder 24,34 treten dann elektrische Stellmotoren, sodass die ganze Verschwenkung des Sekundärrohrs 3 sowie die Düseneinstellung durch die Kegelzapfen-Einstellung vom Kommandoraum einer Verbrennungsanlage einfach durch Knopfdruck gesteuert werden kann.

[0020] In der dem Balg 14 zugewandten Seite des Gaskanals 10 weist dieser ein oder mehrere Löcher 36,37 auf. Ein Teil der durch den Gaskanal 10 zugeführten Gase gelangt deshalb in das Innere des Balges 14 und von dort strömen diese dann um das Sekundärluftrohr oder Düsenrohr 3 und um dessen Mündungsabschnitt oder Düse 4 in den Kesselraum. Im Gegensatz zu herkömmlichen Durchführungen von Sekundärluftrohren durch die Kesselwand 1 wird nämlich der Mündungsbereich 4 dieser Sekundärluftrohre 3 nicht zugemauert. Es bleibt somit ein kranzförmiger Luftspalt rund um den Mündungsbereich 4 frei. Im Kesselraum herrscht im Feuerungsbetrieb durch dessen Kaminwirkung ein reduzierter Gasdruck vor. Gleichzeitig wird durch den Gaskanal 10 mittels grösser Ventilatoren auf erhöhtem Druck Sekundärluft zugeführt. Die durch den Balg 14 und um den Mündungsbereich 4 in den Kessel einströmende Luft bildet dadurch zuverlässig ein Luftpolster um den ganzen Mündungsbereich 4, und die dort einströmende Luft wird dann vom Rauchgasstrom erfasst und strömt längs der Innenseite der Kesselwand 1 nach oben. Sie bildet oberhalb der Sekundärluft-Düsenmündung 5 einen längs der Kesselwand 1 aufsteigenden Luftschleier. Dieser verhindert von vorneherein Anbackungen an der Kesselwand 1 bzw. deren Abstampfung 2 unmittelbar oberhalb der Düsenmündung 5, und zudem verhindert er auch, dass heisse Russpartikel auf die Düsenmündung 5 aufprallen können und daran sintern können, oder dass flüssige Russpartikel an der Düsenmündung 5 kristallisieren und damit Anbackungen bilden können. Damit ist die hier gezeigte Art und Weise der Sekundärluftzufuhr in den Kesselraum gegenüber herkömmlichen Lösungen unproblematisch. Die Düsenmündungen 5 verschleissen nicht mehr, erstens weil sie wassergekühlt sind und daher thermisch weit weniger belastet sind, und zweitens weil eine Verschmutzung dank des sie umschliessenden ständigen Gaspolsters wirksam verhindert wird. In der Praxis sieht man eine ganze Reihe horizontal nebeneinander längs einer Kesselseite angeordnete Sekundärluftrohre 3 vor, die alle in der gezeigten Weise am gleichen Gaskanal 10 angebaut sind. Der Gaskanal 10 erstreckt sich also horizontal längs der Kesselwand 1 und ist an seinem vorderen und hinteren Ende an den dort stationär angeordneten gekrümmten Schienenbögen 30 auf und ab schwenkbar geführt.

[0021] Weil nun der Mündungsbereich 4 jedes einzelnen Sekundärluftrohres 3 in Bezug auf seinen Strömungsquerschnitt individuell veränderbar ist, kann die Ein- düsung von Sekundärluft und Rezygas viel besser an die vorherrschenden Verhältnisse im Rauchgaskanal des Kessels angepasst werden. So können zum Beispiel die zentral angeordneten Sekundärluftdüsen voll geöffnet werden, während jene gegen die Ecken des Kessels hin mit nach und nach kleinerem Strömungsquerschnitt betrieben werden, weil dort die Gasgeschwindigkeiten und auch die Temperaturen niedriger sind. Durch die ständige Ausmessung von Rauchgasdaten und Ermittlung von Werten für die örtlichen Temperaturen, Gasgeschwindigkeiten, sowie für die Anteile an CO₂, CO, NO_x, O₂, Ammoniak (NH₃), etc. kann wirksam Einfluss auf die Sekundärverbrennung genommen werden, indem die Sekundärluft örtlich ganz gezielt und dosiert eingedüst werden kann.

[0022] In Figur 3 ist eine Ansicht der Vorrichtung von rechts nach links in der Abbildung nach Figur 1 gesehen gezeigt, jedoch seitlich gegen rechts zum Rand der Vorrichtung hin versetzt. Man sieht also die Vorrichtung gewissermasen von der der Kesselwand aus gesehen. Einsehbar ist an diesem Ausschnitt der Vorrichtung die eine der beiden gekrümmten Schienen 30. Unterhalb der Schiene 30 sieht man die Gewindestange 32, das Winkelgetriebe 33 und das Handrad 34, durch dessen Drehung die Gewindestange 32 gedreht wird und damit den unteren, hier nicht sichtbaren Schenkel 27 auf und ab bewegt, sodass der Gaskanal 10 längs der gekrümmten Schiene 30 auf und ab bewegt wird und dabei um das Zentrum des Krümmungsradius der Schienen 30 geschwenkt wird. Das Winkelgetriebe 33 ist über einen Drehstab 39 mit dem gleichen, gegenüberliegenden Winkelgetriebe verbunden, welches zur anderen, hier nicht sichtbaren gekrümmten Schiene am anderen Ende des Gaskanals 10 gehört. Wenn daher das Handrad 34 gedreht wird, so überträgt sich die Bewegung nicht nur auf die Gewindestange 32, sondern über den Drehstab 39 auch auf das zweite, gegenüberliegende Winkelgetriebe und von dort auf die entsprechende Gewindestange, die dann in gleicher Weise auch den dortigen Schenkel am Gaskanal 10 auf und ab bewegt. Vom auf und ab beweglichen Gaskanal 10, der hier von einem im Querschnitt rechteckigen Stahlrohr gebildet wird, zweigt eine ganze Reihe von Sekundärluftrohren 3 ab und diese werden von diesem Gaskanal 10 gespiesen. Entsprechend gross muss er dimensioniert sein, zum Beispiel mit einer Querschnittsfläche von etwa 0.5m² oder mehr. Der Gaskanal 10 selbst wird von seiner einen Seite von einem stationären Sekundärluftkanal 40 über einen beweglichen Kanalabschnitt 41 mit Sekundärluft oder Recygas versorgt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Eindüsen von Sekundärluft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage, mit einer Mehrzahl von die Flossenrohre eines Kessels durchsetzenden Düsen (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluft von den Düsen (4) nach Massgabe des lokalen und zeitlichen Sekundärluftbedarfs und der lokalen und zeitlichen Strömungsverhältnisse im Rauchgas in Bezug auf Eindüsrichtung, auf die Eindüsmenge und die Strahlform der eingedüsten Sekundärluft variiert wird.

2. Verfahren zum Eindüsen von Sekundärluft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (4) in ihrem Mündungsabschnitt (4), der freiliegend durch eine Öffnung in der Kesselwand (1) geführt ist, auf ihrer Aussenseite von hinten und nach vorne rundum von einem die Kesselwand (1) durchquerenden Luftstrom umströmt werden, und dass der doppelwandig ausgeführte Mündungsabschnitt (4) der Düsenrohre (3) von Kühlwasser (7) durchströmt wird.

3. Verfahren zum Eindüsen von Sekundäriuft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftrohre (3) an einer hinter der Kesselwand (1) angeordneten stationären Vorrichtung (30) auf und ab bewegt werden, sodass ihre Düsen (4) freiliegend in jeweiligen Durchführungsöffnungen in der Kesselwand (1) um eine virtuelle horizontale Achse (38) geschwenkt werden, die vor der Mündung (5), durch die Mündung (5) oder hinter der Mündung (5) der Sekundärluftrohre (3) verläuft.

. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zum Eindüsen von Sekundäriuft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage, mit einer Mehrzahl von die Flossenrohre der Kesselwand (1) eines Kessels durchsetzenden Düsen (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (4) der Sekundärluftrohre (3) freiliegend durch die Kesselwand (1) geführt sind und die Sekundärluftrohre (3) an einem horizontal verlaufenden Gaskanal (10) angebaut sind, welcher um eine horizontale Achse (38) auf und ab schwenkbar ist, die im Bereich des Kesselwandquerschnittes oder innerhalb des Kessels verläuft, und dass die Düsen (4) wassergekühlt sind und einen verstellbaren Mündungsquerschnitt aufweisen.

5. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zum Eindüsen von Sekundärluft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (10) längs mindestens einer gekrümmten, ausserhalb der Kesselwand (1 ) in einer zur Kesselwand (1 ) senkrecht verlaufenden Ebene angeordneten Schiene (30) verschiebbar geführt ist, wobei der Mittelpunkt (38) des Krümmungsradius der Schiene (30) im Bereich des Kesselwandquerschnittes oder innerhalb des Kessels liegt.

6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zum Eindüsen von Sekundärluft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenrohre (3) einen doppelwandi- gen Mündungsabschnitt (4) aufweisen, welcher von einem flüssigen Kühlmittel (7) durchströmbar ist. _

7. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zum Eindüsen von Sekundärluft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage nach einem der Ansprüche Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenrohre (3) an einem gemeinsamen Gaskanal (10) angebaut sind, dessen Aussenseite über einen flexiblen Balg (14) dichtend mit einem die Mündungsabschnitte (4) der Düsenrohre (3) einschliessenden Stahlblechrahmen (13) verbunden ist, der dichtend mit der Aussenseite der Kesselwand (1) verbunden ist, wobei das Innere des Gaskanals (10) über Löcher (26,37) mit dem Innern des Balges (14) und des Stahlblechrahmens (13) kommuniziert.

8. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zum Eindüsen von Sekundäriuft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage nach einem der Ansprüche Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenrohre (3) einen Mündungsabschnitt (4) aufwesien, der innen gegen vorne konisch zuläuft, und dass im Zentrum der Düsenrohre (3) eine axiale Stösselstange (17) über ein Handrad (24) oder einen elektrischen Stellmotor verschiebbar gelagert ist und an ihrem vorderen Ende einen Verschlusszapfen (18) trägt, mittels dessen der Mündungabschnitt (4) des Düsenrohres (3) verschliessbar ist.

9. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zum Eindüsen von Sekundärluft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage nach einem der Ansprüche Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (10) auf beiden Seiten über zwei übereinander angeordnete Schenkel (26,27) mit endseitigen Rollen (28,29) in je einer gekrümmten Schiene (30) geführt ist, und dass wenigstens ein Schenkel (27) über eine drehbare Gewindestange (32) längs der Schiene (30) und auf und ab bewegbar ist.

10. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zum Eindüsen von Sekundärluft in den Rauchgasstrom einer Verbrennungsanlage nach einem der Ansprüche Anspruch 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Gewindestange (32) über ein Handrad (34) oder einen elektrischen Stellmotor antreibbar ist.