Verfahren zur Optimierung des Ausbrands von Abgasen einer Verbrennungsanlage Method for optimizing the burnout of exhaust gases of an incinerator
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung des Ausbrands von Abgasen einer Verbrennungsanlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Brennkammer zur Durchführung des Verfahrens und eine Müllverbrennungsanlage umfassend eine solche Brennkammer. The present invention relates to a method for optimizing the combustion of exhaust gases of a combustion plant according to the preamble of claim 1 and a combustion chamber for carrying out the method and a waste incineration plant comprising such a combustion chamber.
Verbrennungsanlagen zur Verbrennung von festen Brennstoffen wie Siedlungsabfällen, Ersatzbrennstoffen, Biomasse und anderen Materialien sind dem Fachmann bestens bekannt. Solche Anlagen umfassen eine Brennkammer, in dem der Feststoff unter Zuführung von Primärluft verbrannt wird, was als Primärverbrennung bezeichnet wird. Dabei durchläuft der Feststoff vom Einlass in die Brennkammer zum Auslass hin verschiedene Teilprozesse, die sich grob in Trocknung, Zündung, Verbrennung und Ascheausbrand unterteilen lassen. Incinerators for burning solid fuels such as municipal waste, refuse derived fuels, biomass and other materials are well known to those skilled in the art. Such plants include a combustion chamber in which the solid is burned with supply of primary air, which is referred to as primary combustion. The solid from the inlet into the combustion chamber to the outlet through various sub-processes, which can be roughly subdivided into drying, ignition, combustion and ash burning.
In jedem dieser Teilprozesse werden Abgase unterschiedlicher Zusammensetzung generiert. Während in der Trocknungsphase die Primärluft lediglich Feuchtigkeit aus dem zu verbrennenden Feststoff aufnimmt, finden sich in der Zündungsphase pyrolytische Zersetzungsprodukte. Im Gegensatz zur Trocknungsphase wird der in der Zündungsphase zugeführte Sauerstoff oft vollständig umgesetzt, sodass der in dieser Phase generierte Abgasstrom nur sehr wenig oder gar keinen Sauerstoff aufweist. In der Verbrennungsphase entstehen Abgase mit typischen Zusammensetzungen aus CO, C02, 02, In each of these sub-processes, exhaust gases of different composition are generated. While in the drying phase, the primary air only absorbs moisture from the solid to be burned, can be found in the ignition phase pyrolytic decomposition products. In contrast to the drying phase, the oxygen supplied in the ignition phase is often completely converted, so that the exhaust gas flow generated in this phase has very little or no oxygen. In the combustion phase, exhaust gases with typical compositions of CO, C0 2 , 0 2 ,
BESTÄTIGUNGSKOPIE
H20 und 2, während schliesslich über dem Ascheausbrand praktisch unverbrauchte Luft vorliegt. CONFIRMATION COPY H 2 0 and 2, while finally over the ash ash practically unused air is present.
In der Regel gelangen diese unterschiedlichen Abgasströme nach der Primärverbrennung in eine in Strömungsrichtung abwärts angeordnete Nachbrennkammer, wo sie unter Zuführung von Sekundärluft ausgebrannt werden, was als Sekundärverbrennung bezeichnet wird. As a rule, after the primary combustion, these different exhaust gas streams pass into a secondary combustion chamber arranged downstream in the direction of flow, where they are burnt out with the supply of secondary air, which is referred to as secondary combustion.
Ein eine Verbrennung des Feststoffs und eine Nachverbrennung der unvollständig verbrannten Abgasbestandteile umfassendes Verfahren ist etwa aus der WO 2007/090510 bekannt, welches zum Ziel hat, die primären Stickstof Verbindungen NH3 und HCN abzubauen, um die Bildung von Stickoxiden (NOx) in der Nachverbrennungskammer zu minimieren. EP-A-1077077 betrifft ein ähnliches Verfahren wie das der WO 2007/090510, wobei zur Entstickung der Rauchgase das SNCR-Verfahren verwendet wird, bei dem kein Katalysator verwendet, sondern ein Reduktionsmittel in die Rauchgase eingedüst wird. Solche SNCR-Verfahren arbeiten bei Temperaturen von 850 bis 1000°C und bedürfen einer ausgefeilten Regelung. A method comprising a combustion of the solid and an afterburning of the incompletely burned exhaust components is known, for example, from WO 2007/090510, which aims to break down the primary nitrogen compounds NH 3 and HCN in order to prevent the formation of nitrogen oxides (NO x ) in the Minimize afterburning chamber. EP-A-1077077 relates to a similar process to that of WO 2007/090510, wherein the SNCR process is used for denitrification of the flue gases, in which no catalyst is used, but a reducing agent is injected into the flue gases. Such SNCR processes operate at temperatures of 850 to 1000 ° C and require sophisticated control.
Die Verminderung von Stickoxiden wird zudem in WO 99/58902 thematisiert. Gemäss dem darin beschriebenen Verfahren werden die aus der Brennkammer austretenden Gase unter Zugabe eines Sauerstofffreien oder sauerstoffarmen Mediums in einer Mischstufe homogenisiert, wonach der homogenisierte Abgasstrom eine Beharrungszone durchläuft, in der die bereits gebildeten Stickoxide reduziert werden sollen. Je nach Betriebsbedingen kann es vorkommen, dass die Menge an anfallendem Pyrolysegas derart gross ist, dass die
lokal zur Verfügung stehende Sekundärluftmenge für einen vollständigen Ausbrand nicht ausreicht. Dies führt dazu, dass unverbrannte Gase aus der Nachverbrennungskammer entweichen, was sich zum Beispiel in CO-Spitzen im Kamin niederschlägt. The reduction of nitrogen oxides is also discussed in WO 99/58902. According to the method described therein, the gases emerging from the combustion chamber are homogenized with the addition of an oxygen-free or oxygen-poor medium in a mixing stage, after which the homogenized exhaust gas flow passes through a steady zone in which the already formed nitrogen oxides are to be reduced. Depending on the operating conditions, it may happen that the amount of accumulating pyrolysis gas is so large that the locally available secondary air quantity is insufficient for complete burnout. This causes unburned gases to escape from the post-combustion chamber, resulting in, for example, CO peaks in the chimney.
Als Resultat der verschiedenen Verbrennungszonen ergibt sich nebst den Unterschieden in der Zusammensetzung der Abgasströme auch eine Temperaturschiefläge . So liegt in der Zündungs- und der Verbrennungszone eine wesentlich höhere Temperatur vor als etwa in der Ascheausbrandzone. Diese Schiefläge wird in der Nachverbrennungskammer noch verstärkt, da die in der Zündungs- und Verbrennungszone generierten Abgase über einen höheren Anteil an verbrennbaren Primärverbrennungsgasen verfügen als das in der Ascheausbrandzone generierte Abgas, und die Verbrennung dieser verbrennbaren Gase die Temperatur zusätzlich erhöht . As a result of the various combustion zones, apart from the differences in the composition of the exhaust gas flows, a temperature shift results as well. Thus, a much higher temperature is present in the ignition zone and the combustion zone than in the ash combustion zone, for example. This shift is exacerbated in the post-combustion chamber because the exhaust gases generated in the ignition and combustion zones have a higher proportion of combustible primary combustion gases than the exhaust generated in the ash combustion zone, and the combustion of these combustible gases further increases the temperature.
Gerade im einlassseitigen Bereich kann die die Brennkammer bzw. die Nachbrennkammer umgebende periphere Wand einerseits durch die vorherrschenden hohen Temperaturen Schaden nehmen. Andererseits können in diesem Bereich aufgrund der hohen Temperaturen Anbackungen oder Verkokungen auftreten, die in aufwändigen Wartungsarbeiten entfernt werden müssen. Especially in the inlet-side region, the peripheral wall surrounding the combustion chamber or the afterburning chamber can be damaged on the one hand by the prevailing high temperatures. On the other hand, because of the high temperatures, caking or coking may occur in this area, which must be removed in time-consuming maintenance work.
Dem Problem, die Menge an unverbrannten Substanzen und insbesondere CO zu vermindern, versuchen etwa die in EP-A-1081434, EP-A-1382906 und US-B-5313895 beschriebenen Verfahren beizukommen. So wird etwa gemäss US-B-5313895 ein Mischfluid eingeführt, das die aus der Brennkammer austretenden Gase in einen
Wirbelstrom versetzt. Zudem wird etwa in der EP-A- 1081434 zur Einführung des Fluids eine spezielle Düsenanordnung beschrieben, durch welche in einer im Bereich der Flammdecke liegenden Eindüsebene eine rotierende Strömung im Strömungskanal erzeugt wird. Allerdings trägt insbesondere das in US-B-5313895 beschriebene Verfahren dem Problem der in der Brennkammer vorliegenden Temperaturschiefläge nur in unbefriedigender Weise Rechnung. So soll gemäss besagter Druckschrift in der Brennkammer die Temperatur im einlassseitigen Bereich mittels Eindüsung von Wassertropfen bzw. Wasserdampf reduziert werden. Dies ist aber im Hinblick auf dieThe problem of reducing the amount of unburned substances and in particular CO, for example, attempts to overcome the processes described in EP-A-1081434, EP-A-1382906 and US-B-5313895. For example, according to US-B-5313895 a mixed fluid is introduced, which separates the gases leaving the combustion chamber into a Eddy current offset. In addition, for example, EP-A-1081434 describes a special nozzle arrangement for introducing the fluid, by means of which a rotating flow in the flow channel is produced in a jet plane lying in the region of the flame ceiling. However, in particular, the method described in US Pat. No. 5,313,895 only takes account of the problem of the temperature gradient in the combustion chamber in an unsatisfactory manner. Thus, according to said document in the combustion chamber, the temperature in the inlet-side region should be reduced by means of injection of water droplets or water vapor. But this is in terms of
Energierückgewinnungsbilanz nachteilig. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Optimierung des Ausbrands von Abgasen einer Verbrennungsanlage zur Verfügung zu stellen, welches einerseits eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet und welches es andererseits erlaubt, eine hohe Energierückgewinnung aus der Verbrennung zu erhalten. Energy recovery balance disadvantageous. The aim of the present invention is thus to provide a method for optimizing the burnout of exhaust gases of a combustion plant, which on the one hand ensures a high degree of operational reliability and which, on the other hand, allows a high energy recovery from the combustion to be obtained.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäss Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben. The object is achieved by a method according to claim 1. Preferred embodiments of the invention are given in the dependent claims.
Mithin umfasst das erfindungsgemässe Verfahren die Schritte, dass der zu verbrennende Feststoff über einen Einlass in eine einen primären Verbrennungsraum definierende Brennkammer eingeführt wird, der Feststoff im primären Verbrennungsraum in Form eines über einen Verbrennungsrost geförderten Brennbetts unter Zuführung von Primärluft verbrannt und der verbrannte Feststoff über einen in Förderrichtung dem Einlass
gegenüberliegend angeordneten Auslass aus dem primären Verbrennungsraum ausgetragen wird. Thus, the method according to the invention comprises the steps of introducing the solid to be combusted via an inlet into a combustion chamber defining a primary combustion chamber, combusting the solid in the primary combustion chamber in the form of a combustion bed conveyed via a combustion grate by supplying primary air and the combusted solid via a combustion chamber in the conveying direction the inlet opposite outlet is discharged from the primary combustion chamber.
Die bei der Verbrennung des Feststoffes frei werdenden primären Verbrennungsgase werden in einer in deren Strömungsrichtung stromabwärts, d.h. in der Regel oberhalb der Brennkammer angeordneten, einen sekundären Verbrennungsraum definierenden Nachbrennkammer unter Zuführung von Sekundärluft verbrannt. The primary combustion gases liberated upon combustion of the solid become downstream in the flow direction, i. usually arranged above the combustion chamber, a secondary combustion chamber defining afterburner chamber burned under supply of secondary air.
Vor Eintritt in den sekundären Verbrennungsraum, d.h. in Strömungsrichtung stromaufwärts und somit in der Regel unterhalb davon, werden die die primären Verbrennungsgase enthaltenden Abgase in einer Mischzone homogenisiert. Dies erfolgt mittels eines über eine Düse eingeführten Fluids. In diesem Zusammenhang ist „eine" (Düse) als unbestimmter Artikel zu verstehen; damit umfasst der Begriff sowohl eine einzige als auch mehrere Düsen. Before entering the secondary combustion chamber, i. upstream of, and thus typically below, the exhaust gases containing the primary combustion gases are homogenized in a mixing zone. This is done by means of a fluid introduced via a nozzle. In this context, "a" (nozzle) is to be understood as an indefinite article, meaning that the term encompasses both a single nozzle and a plurality of nozzles.
Unter Homogenisierung wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass die Abgase bzw. die einzelnen Abgasströme unterschiedlicher Zusammensetzung derart gemischt werden, dass ein möglichst homogenes Gasgemisch erhalten wird. Erfindungsgemäss schliesst nun die Mischzone in Strömungsrichtung der Abgase wenigstens annähernd unmittelbar an das Brennbett an. In der Regel ist sie somit mit anderen Worten wenigstens annähernd unmittelbar oberhalb des Brennbetts angeordnet. Dies erlaubt es, sehr heisse Abgasströme, wie sie etwa in der Zündungs- oder Verbrennungszone entstehen können, praktisch unmittelbar oberhalb des Brennbettes mit den kühleren Abgasströmen aus der Trocknungs- und Ascheausbrandzone
zu mischen und somit Temperaturspitzen frühzeitig auszugleichen bzw. zu senken. Gleichzeitig erlaubt es das Verfahren, dass die Energierückgewinnungsbilanz nicht beeinträchtigt wird, wie dies etwa bei der Kühlung mittels eines Kühlmediums der Fall wäre. Homogenization is understood in this context to mean that the exhaust gases or the individual exhaust gas streams of different composition are mixed in such a way that the most homogeneous possible gas mixture is obtained. According to the invention, the mixing zone now at least approximately immediately adjoins the combustion bed in the flow direction of the exhaust gases. As a rule, it is thus arranged in other words at least approximately directly above the combustion bed. This allows very hot exhaust gas streams, such as may occur in the ignition or combustion zone, practically immediately above the combustion bed with the cooler exhaust gas streams from the drying and ash combustion zone to mix and thus compensate for temperature peaks early or lower. At the same time, the method allows the energy recovery balance to be unaffected, as would be the case with cooling by means of a cooling medium.
Im Übrigen wird durch die Homogenisierung der in den einzelnen Verbrennungszonen generierten Abgasströme ein Gasgemisch erhalten, das optimal für die Nachverbrennung im sekundären Verbrennungsraum vorkonditioniert ist. Im Resultat erlaubt es die vorliegende Erfindung somit, selbst bei niedrigem (Sekundär) luftüberschuss einen optimalen Ausbrand der Abgase zu gewährleisten; die Emission an Schadstoffen, wie etwa CO oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen, kann somit auch bei geringen Mengen an zugeführter Sekundärluft sehr gering gehalten werden. Incidentally, the homogenization of the exhaust gas streams generated in the individual combustion zones results in a gas mixture which is optimally preconditioned for afterburning in the secondary combustion chamber. As a result, the present invention thus allows to ensure an optimal combustion of the exhaust gases even at low (secondary) excess air; the emission of pollutants, such as CO or unburned hydrocarbons, can thus be kept very low even with small amounts of supplied secondary air.
Weiter wurde gefunden, dass die Mischung der in der Verbrennungszone generierten, reduzierten stickstoffhaltigen Verbrennungsgase (Stickoxid- Vorläufer-Substanzen) mit dem über der Trocknungs- bzw. der Ausbrandzone vorliegenden Sauerstoff nicht in einer Zunahme an Stickoxiden resultiert. Dies kann dadurch erklärt werden, dass im Zuge der Mischung des Abgasstromes aus der Verbrennungszone mit den in den in der Trocknungs- und Ausbrandzone anfallenden Sauerstoffreichen Abgasströmen gleichzeitig dessen Temperatur gesenkt wird, was die Bildung von thermischem NOx unterbindet. It has also been found that the mixture of the reduced nitrogenous combustion gases (nitrogen oxide precursor substances) generated in the combustion zone with the oxygen present above the drying zone or the burnout zone does not result in an increase in nitrogen oxides. This can be explained by the fact that in the course of the mixture of the exhaust gas flow from the combustion zone with the resulting in the drying and Ausbrandzone oxygen-rich exhaust gas streams at the same time its temperature is lowered, which prevents the formation of thermal NO x .
Wie oben ausgeführt, wird das Fluid erfindungsgemäss über eine oder mehrere Düsen eingeführt.
Erfindungsgemäss beträgt die Austrittsgeschwindigkeit des Fluids aus der Düse ca. 40 bis ca. 120 m/s, wobei die Düse im Sinne der vorliegenden Erfindung in einem Winkel von -10° bis +10° relativ zur Neigung des Verbrennungsrosts ausgerichtet wird. As stated above, according to the invention, the fluid is introduced via one or more nozzles. According to the invention, the exit velocity of the fluid from the nozzle is about 40 to about 120 m / s, wherein the nozzle is aligned in the sense of the present invention at an angle of -10 ° to + 10 ° relative to the inclination of the combustion grate.
Zusätzlich zu den oben definierten Düsen können weitereIn addition to the nozzles defined above, further
Düsen vorhanden sein, die nicht im oben definiertenNo nozzles are present that are not in the above defined
Winkel relativ zur Neigung des Verbrennungsrosts ausgerichtet sind. Unter Neigung des Verbrennungsrosts wird in diesem Zusammenhang die totale Neigung des Rostes (und nicht die Ausrichtung gegebenenfalls vorhandener einzelner Roststufen) verstanden. Angle are aligned relative to the inclination of the combustion grate. Inclination of the combustion grate in this context is understood to mean the total inclination of the grate (and not the orientation of possibly existing individual grate steps).
Durch die erfindungsgemässe Ausrichtung der Düse wird gewährleistet, dass auch bei erfindungsgemässer Anordnung der Mischzone unmittelbar oberhalb des Brennbetts ein übermässiges Aufwirbeln von Feststoffen vom Rost vermieden wird. The inventive alignment of the nozzle ensures that even with the inventive arrangement of the mixing zone immediately above the fuel bed excessive swirling of solids is avoided by the rust.
Zur Vermeidung einer Aufwirbelung von Feststoffen trägt auch die erfindungsgemässe Eindüsgeschwindigkeit des Fluids von ca. 40 bis ca. 120 m/s bei. To prevent fluidization of solids, the inventive injection rate of the fluid also contributes from about 40 to about 120 m / s.
Die gefundene Kombination von erfindungsgemässer Düsenanordnung und Eindüsgeschwindigkeit ermöglicht somit insgesamt, die Mischzone in Strömungsrichtung der Abgase wenigstens annähernd unmittelbar an das Brennbett anzuschliessen, ohne dass es zu einem übermässigen unerwünschten Aufwirbeln der Feststoffe vom Verbrennungsrost kommt.
Dass bereits mit der erfindungsgemässenThe found combination of nozzle arrangement according to the invention and injection rate thus makes it possible in total to connect the mixing zone in the direction of flow of the exhaust gases at least approximately directly to the combustion bed, without resulting in excessive unwanted swirling of the solids from the combustion grid. That already with the inventive
Eindüsgeschwindigkeit von ca. 40 bis ca. 120 m/s eine gute Homogenisierung erhalten werden kann, ist umso überraschender, als im Stand der Technik wesentlich höhere Werte gelehrt werden. So wird etwa in EP-A- 1508745 beispielsweise eine Austrittsgeschwindigkeit von mindestens 1 MACH offenbart. Eine MACH-Zahl von 1 ist gleichbedeutend mit der Schallgeschwindigkeit, die für Luft bei 20°C in der Regel mit 343 m/s angegeben wird und bei höheren Temperaturen, wie sie in Feuerräumen vorzufinden sind, noch höhere Werte annimmt . Eindüsgeschwindigkeit of about 40 to about 120 m / s, a good homogenization can be obtained, is all the more surprising, since much higher values are taught in the prior art. For example, in EP-A-1508745 an exit velocity of at least 1 MACH is disclosed. A MACH number of 1 is equivalent to the speed of sound, which is usually 343 m / s for air at 20 ° C, and is even higher at higher temperatures found in combustion chambers.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen der Mischzone und dem Brennbett höchstens 1,5 Meter, vorzugsweise höchstens 0,8 Meter. Dieser Abstand bezeichnet somit die Maximaldistanz zwischen der oberen Grenze des Brennbetts und dem Beginn der Mischzone in Strömungsrichtung der Abgase betrachtet. Besagte Maximaldistanz fällt in Anbetracht der üblichen Dimensionen einer Verbrennungsanlage immer noch unter den Begriff „annähernd oberhalb des Brennbetts". Da die obere Grenze des Brennbetts typischerweise ca. 0,3 bis 1 Meter oberhalb der Fläche des Verbrennungsrosts liegt, ist die Mischzone vom Verbrennungsrost entsprechend beabstandet. According to a preferred embodiment, the distance between the mixing zone and the fuel bed is at most 1.5 meters, preferably at most 0.8 meters. This distance thus refers to the maximum distance between the upper limit of the fuel bed and the beginning of the mixing zone viewed in the direction of flow of the exhaust gases. Said maximum distance still falls within the concept of "approximately above the fuel bed" in view of the usual dimensions of an incinerator. Since the upper limit of the fuel bed is typically about 0.3 to 1 meter above the surface of the combustion grate, the mixing zone is corresponding to the combustion grate spaced.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Mischzone höchstens bis zu einem vom Brennbett aus gemessenen Abstand von 2 Meter hin. In Strömungsrichtung der Abgase betrachtet endet somit die Mischzone gemäss dieser Ausführungsform nach höchstens 2 Metern und somit noch in ausreichendem Abstand vor der Sekundärlufteindüsung . Bei der erfindungsgemäss
wenigstens annähernd unmittelbar an das Brennbett anschliessenden Mischzone ist die genannte obere Grenze ausreichend, um die erwünschte Homogenisierung der Abgase zu erhalten. Eine besonders gute Homogenisierung wird erreicht, wenn gemäss einer bevorzugten Ausführungsform die Austrittsgeschwindigkeit des Fluids aus der Düse ca. 90 m/s beträgt. According to a further preferred embodiment, the mixing zone extends at most up to a distance of 2 meters measured from the fuel bed. When viewed in the direction of flow of the exhaust gases, the mixing zone according to this embodiment thus ends after a maximum of 2 meters and thus still at a sufficient distance before the secondary air injection. In the invention At least approximately immediately adjacent to the combustion bed subsequent mixing zone, said upper limit is sufficient to obtain the desired homogenization of the exhaust gases. A particularly good homogenization is achieved if, according to a preferred embodiment, the exit velocity of the fluid from the nozzle is about 90 m / s.
Die Austrittsgeschwindigkeit bezieht sich dabei auf die Geschwindigkeit, die das Fluid beim Austritt aus der Düsenöffnung aufweist. Die standardmässig verwendeten Düsen weisen in der Regel einen kreisförmigen Düsenquerschnitt von 60 mm bis 200 mm auf. Denkbar ist, dass sich der Düsenquerschnitt in Richtung zur Düsenmündung hin stetig verjüngt, sodass der Durchmesser der Austrittsöffnung der Düse 60 mm bis 90 mm beträgt. The exit velocity refers to the velocity that the fluid has on exit from the nozzle opening. The nozzles used as standard usually have a circular nozzle cross-section of 60 mm to 200 mm. It is conceivable that the nozzle cross-section continuously tapers in the direction of the nozzle orifice so that the diameter of the outlet opening of the nozzle is 60 mm to 90 mm.
Um ein durch die Einführung des Fluids verursachtes Aufwirbeln der Feststoffe zu minimieren, wird die jeweilige Düse bevorzugt in einem Winkel von -10° bis +5°, bevorzugter von -5° bis +5°, relativ zur Neigung des Verbrennungsrosts ausgerichtet. Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die jeweilige Düse in einem Winkel von -10° bis 0° relativ zur Neigung des Verbrennungsrosts ausgerichtet. In order to minimize swirling of the solids caused by the introduction of the fluid, the respective nozzle is preferably oriented at an angle of -10 ° to + 5 °, more preferably -5 ° to + 5 °, relative to the inclination of the combustion grate. According to a further preferred embodiment, the respective nozzle is aligned at an angle of -10 ° to 0 ° relative to the inclination of the combustion grate.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Fluid ein aus einer stromabwärts des sekundären Verbrennungsraums nachgeschalteten Zone zurückgeführtes Rauchgas. In konventionell ausgestalteten Müllverbrennungsanlagen erfolgt die Zurückführung dabei vorzugsweise aus einer Zone
zwischen dem Dampferzeuger und dem Kamin. In der Regel beträgt die Menge an eingeführtem Rauchgas ca. 5 bis 35% der zugeführten Primärluftmenge, vorzugsweise ca. 20%. Alternativ oder zusätzlich zum Rauchgas kann jedes andere erdenkliche Fluid verwendet werden, insbesondere Luft, ein Inertgas, wie z.B. Stickstoff, Wasserdampf oder Mischungen davon. According to a further preferred embodiment, the fluid comprises a flue gas returned from a downstream zone of the secondary combustion chamber. In conventionally configured waste incineration plants, the recirculation preferably takes place from one zone between the steam generator and the fireplace. In general, the amount of introduced flue gas is about 5 to 35% of the amount of primary air supplied, preferably about 20%. Alternatively or in addition to the flue gas, any other conceivable fluid can be used, in particular air, an inert gas, such as nitrogen, water vapor or mixtures thereof.
Da die höchsten Temperaturen in der Regel im einlassseitigen Bereich der Brennkammer vorliegen, erfolgt die Eindüsung des Fluids gemäss einer bevorzugten Ausführungsform über eine in diesem Bereich angeordnete Düse bzw. Düsenreihe. Somit kann eine sehr ausgeprägte Temperaturschiefläge und somit eine Beschädigung oder Verunreinigung der den Verbrennungsraum umgebenden peripheren Wand wirksam verhindert werden. Since the highest temperatures are generally present in the inlet-side region of the combustion chamber, according to a preferred embodiment, the injection of the fluid takes place via a nozzle or nozzle row arranged in this region. Thus, a very pronounced temperature shift and thus damage or contamination of the peripheral wall surrounding the combustion chamber can be effectively prevented.
Insbesondere dann, wenn als Fluid ein zurückgeführtes Rauchgas verwendet wird, weist die jeweilige Düse vorzugsweise ein Aussenrohr und ein in axialer Richtung des Aussenrohrs verlaufendes und von diesem umschlossenes Innenrohr auf, wobei das Innenrohr zur Führung des Rauchgases bestimmt ist und das Aussenrohr zur Führung von Luft. Vorzugsweise beträgt der Innendurchmesser des Innenrohrs dabei ca. 70 mm, während der Innendurchmesser des Aussenrohrs, d.h. der Aussendurchmesser des zwischen Innenrohr und Aussenrohr vorliegenden Ringspalts, ca. 110 mm beträgt. In particular, if a recirculated flue gas is used as the fluid, the respective nozzle preferably has an outer tube and an inner tube extending in the axial direction of the outer tube and enclosed by the inner tube, wherein the inner tube is intended for guiding the flue gas and the outer tube for guiding air , Preferably, the inner diameter of the inner tube is about 70 mm, while the inner diameter of the outer tube, i. the outer diameter of the present between the inner tube and outer tube annular gap, about 110 mm.
Der Luftstrom dient in dieser Ausführungsform als Abschirmung, der die Düse vor der Anlagerung von im Rauchgas mitgeführten Verunreinigungen schützt. Gerade bei den im einlassseitigen Bereich vorliegenden
Temperaturen könnten solche Anlagerungen leicht zu Anbackungen führen, die im Extremfall zum Ausfall der Düse führen können; dies wird gemäss der geschilderten Ausführungsform wirksam unterbunden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn pro Meter der Brennkammerbreite mindestens 1 Düse vorgesehen ist. Bevorzugt erfolgt die Einführung des Fluids über mindestens zwei Düsen, bevorzugter mindestens sechs Düsen. Dies gewährleistet eine möglichst vollständige Homogenisierung bei relativ geringer Menge an eingedüstem Fluid. The air flow in this embodiment serves as a shield which protects the nozzle from the accumulation of contaminants entrained in the flue gas. Especially in the inlet side area Temperatures such deposits could easily lead to caking, which can lead to failure of the nozzle in extreme cases; This is effectively prevented according to the described embodiment. It has proven to be advantageous if at least 1 nozzle per meter of the combustion chamber width is provided. Preferably, the introduction of the fluid via at least two nozzles, more preferably at least six nozzles. This ensures as complete as possible homogenization with a relatively small amount of injected fluid.
Nebst dem geschilderten Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung weiter eine Brennkammer zur Durchführung des Verfahrens. Diese umfasst eine einen primären Verbrennungsraum umschliessende periphere Wand, einen Einlass zur Einführung des zu verbrennenden Feststoff in den primären Verbrennungsraum, einen Verbrennungsrost zur Verbrennung des Feststoffes, einen dem Einlass in Förderrichtung des Feststoffes gegenüberliegend angeordneten Auslass zur Austragung des verbrannten Feststoffes aus dem primären Verbrennungsraum und eine Düse zur Homogenisierung der die bei der Verbrennung frei werdenden primären Verbrennungsgase enthaltenden Abgase. Dabei ist die Düse erfindungsgemäss in einem Bereich von höchstens 3 Meter, bevorzugt 0,5 Meter bis 3 Meter, am meisten bevorzugt 0,5 bis 2 Meter oberhalb des Verbrennungsrostes angeordnet. In addition to the described method, the present invention further relates to a combustion chamber for carrying out the method. It comprises a peripheral wall enclosing a primary combustion space, an inlet for introducing the solid to be combusted into the primary combustion space, a combustion grate for combustion of the solid, an outlet opposite the inlet in the conveying direction of the solid for discharging the burnt solid from the primary combustion space and a nozzle for homogenizing the exhaust gases containing the combustion gases released during the combustion. The nozzle according to the invention is arranged in a range of at most 3 meters, preferably 0.5 meters to 3 meters, most preferably 0.5 to 2 meters above the combustion grate.
In der Regel ist die Düse in der peripheren Wand der Brennkammer angeordnet, vorzugsweise im Bereich des Einlasses oder des Auslasses.
Um zu vermeiden, dass die Homogenisierung mit einer Aufwirbelung des im Brennbett vorliegenden Feststoffs einhergeht, ist die Düse erfindungsgemäss in einem Winkel von -10° bis +10°, bevorzugt von -10° bis +5°, bevorzugter von -5° bis +5°, relativ zur Neigung des Verbrennungsrostes ausgerichtet. Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die jeweilige Düse in einem Winkel von -10° bis 0° relativ zur Neigung des Verbrennungsrosts ausgerichtet. Nebst dem beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Brennkammer umfasst die vorliegende Erfindung zudem eine Müllverbrennungsanlage umfassend eine Brennkammer wie beschrieben. In general, the nozzle is arranged in the peripheral wall of the combustion chamber, preferably in the region of the inlet or the outlet. In order to avoid that the homogenization is associated with a Aufwirbelung present in the fuel bed solid, the nozzle according to the invention at an angle of -10 ° to + 10 °, preferably from -10 ° to + 5 °, more preferably from -5 ° to + 5 °, oriented relative to the inclination of the combustion grate. According to a further preferred embodiment, the respective nozzle is aligned at an angle of -10 ° to 0 ° relative to the inclination of the combustion grate. In addition to the described method and the combustion chamber described, the present invention also comprises a waste incineration plant comprising a combustion chamber as described.
Die Erfindung wird anhand der anliegenden Figuren veranschaulicht. Von diesen zeigt The invention is illustrated by the attached figures. Of these shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Fig. 1 is a schematic representation of a
Brennkammer und einer teilweise dargestellten Nachbrennkammer zur Durchführung des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung; und Combustion chamber and a partially shown Nachbrennkammer for carrying out the method according to the present invention; and
Fig. 2 eine graphische Darstellung der gemessenen Fig. 2 is a graphical representation of the measured
02-Konzentration (in Vol-%) bzw. CO- Konzentration (in mg/m3 im Normzustand) über die Zeit in einem in der Verbrennungszone generierten Abgasstrom, wobei die Düsen in einzelnen Zeitintervallen ein- bzw . ausgeschaltet sind. 0 2 concentration (in% by volume) or CO concentration (in mg / m 3 in the standard state) over time in an exhaust gas stream generated in the combustion zone, the nozzles on or off at individual time intervals. are turned off.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der zu verbrennende Feststoff 2 in einen Einfülltrichter 4 eingefüllt und
von diesem in der Regel mittels eines Dosierstössels über einen Einlass 6 in die Brennkammer 8 eingeführt. Die Brennkammer 8 umfasst eine periphere Wand 10, die einen sich nach oben hin verjüngenden, primären Verbrennungsraum 12 umschliesst. As shown in Fig. 1, the solid to be burned 2 is filled in a hopper 4 and of this usually introduced by means of a Dosierstössels via an inlet 6 into the combustion chamber 8. The combustion chamber 8 comprises a peripheral wall 10, which encloses an upwardly tapering, primary combustion chamber 12.
Der Feststoff 2 wird in Form eines Brennbetts 14 über einen von Primärluft durchströmtenThe solid 2 is in the form of a fuel bed 14 through a flow of primary air
(Vorschub- ) Verbrennungsrost 16 gefördert und dabei verbrannt. In Förderrichtung F liegen dabei aufeinanderfolgend eine Trocknungszone, einePromoted (advancing) combustion grate 16 and thereby burned. In the conveying direction F are successively a drying zone, a
Zündungszone, eine Verbrennungszone und eine Ascheausbrandzone vor, ehe der verbrannte Feststoff über einen dem Einlass 6 gegenüberliegend angeordneten Auslass 18 ausgetragen und in der Folge über einen Entschlacker einer Schlackenförderung zugeführt wird. Die Verteilung der Primärluft erfolgt in der gezeigten Ausführungsform über einzelne Unterwindkammern 20a, 20b, 20c, 20d, die über separate Primärluftleitungen 22a, 22b, 22c, 22d gespeist werden. In der peripheren Wand 10 der Brennkammer sind in Fig. 1 mittels Pfeilen angedeutete Düsen 24a, 24b, 24c angeordnet, über welche ein Fluid in die Brennkammer 8 eingeführt wird. Ignition zone, a combustion zone and an ash combustion zone before the burnt solid discharged via an inlet 6 opposite the outlet 18 and is subsequently fed via a slag conveyor slag promotion. The distribution of the primary air takes place in the embodiment shown via individual sub-wind chambers 20a, 20b, 20c, 20d, which are fed via separate primary air lines 22a, 22b, 22c, 22d. In the peripheral wall 10 of the combustion chamber are indicated in Fig. 1 indicated by arrows nozzles 24a, 24b, 24c, via which a fluid is introduced into the combustion chamber 8.
Die Düsen sind dabei derart ausgestaltet, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Fluids aus den Düsen 40 bis 120 m/s beträgt. The nozzles are designed such that the exit velocity of the fluid from the nozzles is 40 to 120 m / s.
In der gezeigten Ausführungsform ist eine Düse 24a im einlassseitigen Bereich 8' der Brennkammer 8 angeordnet, spezifisch in einem dem Einlass zugewandten, schräg nach oben verlaufenden Teil 10' der peripheren Wand 10. Zwei Düsen 24b, 24c sind im
auslassseitigen Bereich 8'' angeordnet, wobei eine Düse 24b im schräg nach oben verlaufenden Teil 10' ' und eine in dem die Stirnseite 25 definierenden, senkrecht verlaufenden Teil 10' ' ' der peripheren Wand angeordnet ist. Denkbar ist aber auch jede andere für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Zahl und Anordnung der Düsen. In the embodiment shown, a nozzle 24a is disposed in the inlet side region 8 'of the combustion chamber 8, specifically in an inlet facing, obliquely upwardly extending portion 10' of the peripheral wall 10. Two nozzles 24b, 24c are shown in FIG outlet side region 8 '', wherein a nozzle 24b in the obliquely upwardly extending portion 10 '' and in which the end face 25 defining, vertically extending portion 10 '''of the peripheral wall is arranged. However, any other number and arrangement of nozzles suitable for the purposes of the present invention is also conceivable.
Mittels der Düsen 24a, 24b, 24c werden die Abgase, welche die bei der Verbrennung freiwerdenden Verbrennungsgase enthalten, in einer in deren Strömungsrichtung wenigsten annähernd unmittelbar an das Brennbett 14 anschliessenden Mischzone 26 homogenisiert. Diese Homogenisierung wird in der Figur mittels gestrichelter Pfeile angedeutet, wobei A schematisch den Bereich mit relativ hoher Temperatur und relativ hoher Konzentration an primären Verbrennungsgasen bezeichnet, und B den Bereich mit tieferer Temperatur und tieferer Konzentration primärer Verbrennungsgase bezeichnet. Nach der Homogenisierung, also in der Figur oberhalb der mit A und B bezeichneten Bereiche, liegen die Abgase in Form eines homogenen Gasgemischs vor. By means of the nozzles 24a, 24b, 24c, the exhaust gases, which contain the combustion gases liberated during the combustion, are homogenized in a mixing zone 26 which adjoins the combustion bed 14 in the flow direction at least approximately directly. This homogenization is indicated in the figure by dashed arrows, where A schematically denotes the region of relatively high temperature and relatively high concentration of primary combustion gases, and B denotes the region of lower temperature and lower concentration of primary combustion gases. After homogenization, ie in the figure above the areas designated A and B, the exhaust gases are in the form of a homogeneous gas mixture.
Dieses strömt in eine der Brennkammer 8 nachgeschaltete, einen sekundären Verbrennungsraum 27 definierende Nachbrennkammer 28, in welcher die Abgase unter Zuführung von Sekundärluft verbrannt werden. Hierzu sind in der peripheren Wand 30 der Nachbrennkammer 28 weitere Düsen 32a, 32b zur Einführung der Sekundärluft vorgesehen. Wie in Fig. 2 veranschaulicht führt die Einführung des Fluids bei betätigter Düse in Position EIN dazu, dass
die lokal in dem in der Verbrennungszone generierten Abgasstrom gemessene 02-Konzentration (in dicken ausgezogenen Linien gezeigt) mit der globalen, d.h. der in dem in der Brennkammer generierten Abgas insgesamt vorliegenden 02-Konzentration (in dünnen gestrichelten Linien gezeigt), annähernd korrespondiert. Demgegenüber liegt bei nicht-betätigter Düse in Position AUS die lokal gemessene 02-Konzentration wesentlich tiefer als die global gemessene. This flows into an afterburner chamber 28, which is connected downstream of the combustion chamber 8 and defines a secondary combustion chamber 27, in which the exhaust gases are burned while supplying secondary air. For this purpose, in the peripheral wall 30 of the afterburner chamber 28 further nozzles 32a, 32b are provided for introducing the secondary air. As illustrated in FIG. 2, the introduction of the fluid when the nozzle is in the ON position results in that The O 2 concentration measured locally in the exhaust gas flow generated in the combustion zone (shown in thick solid lines) corresponds approximately to the global, ie the total, present in the combustion chamber-generated exhaust gas 0 2 concentration (shown in thin dashed lines) , In contrast, when the nozzle is not actuated in the OFF position, the locally measured 0 2 concentration is much lower than that measured globally.
Betreffend CO-Konzentration wird bei betätigter Düse ein relativ tiefer, annähernd konstanter Wert erhalten, während bei nicht betätigter Düse relativ hohe und stark divergierende Werte erhalten werden, was die Homogenisierung der Abgase durch die Einführung des Fluids weiter veranschaulicht.
Concerning CO concentration, a relatively low, approximately constant value is obtained when the nozzle is actuated, while relatively high and strongly divergent values are obtained when the nozzle is not actuated, which further illustrates the homogenization of the exhaust gases by the introduction of the fluid.