WO2017067540A1 - Feuerungssystem und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

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WO2017067540A1
WO2017067540A1 PCT/DE2016/100485 DE2016100485W WO2017067540A1 WO 2017067540 A1 WO2017067540 A1 WO 2017067540A1 DE 2016100485 W DE2016100485 W DE 2016100485W WO 2017067540 A1 WO2017067540 A1 WO 2017067540A1
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WO
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volume flow
reaction gas
combustion
stage
fuel
Prior art date
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PCT/DE2016/100485
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Joachim Gehrmann
Daniela Baris
Andreas Gerig
Helmut Seifert
Original Assignee
Karlsruher Institut für Technologie
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N3/00—Regulating air supply or draught
    • F23N3/002—Regulating air supply or draught using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2205/00—Pulsating combustion
    • F23C2205/20—Pulsating combustion with pulsating oxidant supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2237/00—Controlling
    • F23N2237/16—Controlling secondary air

Definitions

  • the invention relates to a combustion system for combustion of solid, fed to a fuel bed fuel with a primary combustion stage with a first supply means for supplying a first oxygen-containing reaction gas and performing an incomplete combustion process with generation of a first volume flow and the first combustion stage downstream secondary combustion stage with one of a second supply means supplied second volume flow of a second oxygen-containing reaction gas in an exhaust space above the fuel bed feeding second supply means.
  • Furnace systems that is, plants that convert chemically bound energy into thermal energy, such as waste incineration plants, are well known in the art.
  • solid fuel is transported to a fuel bed and optionally burned with the aid of an additional fuel source with liquid or gaseous fuel with supply of reaction gas, for example air or, for example, oxygen-enriched air by means of a first supply means, such as a blower in a first combustion stage.
  • reaction gas for example air or, for example, oxygen-enriched air
  • the first firing stage can be followed by a second firing stage, which supplies a second reaction gas in the exhaust space connected downstream of the first firing stage by means of a second supply means in order to oxidize afterburning of incompletely oxidized pollutants, for example carbon monoxide into carbon dioxide or incompletely burnt hydrocarbons.
  • incompletely oxidized pollutants for example carbon monoxide into carbon dioxide or incompletely burnt hydrocarbons.
  • WO 94/24484 A1 discloses a method for reducing all emissions during the combustion of waste, in which part of the flue gas produced in the incinerator is recycled and added to this pure oxygen. Furthermore, as state of the art for the prevention of nitrogen oxide formation, the combustion in excess air, ie at a superstoichiometric supply of the reaction gas proposed to achieve a better mixing of the (gaseous) fuel and the first reaction gas in the form of combustion air. Although the air surplus leads to a better mixing, the excess of air (oxygen) also leads to a stronger oxidation of the fuel and thus to an increased formation of nitrogen oxides.
  • the object of the invention is the development of a firing system and a method for its control, in which the nitrogen oxide contents are reduced in a simple manner.
  • a method for operating a firing system is to be proposed, which is applicable to existing firing systems without major modifications.
  • Multi-stage combustion systems as proposed are advantageously used in combustion systems for solid fuels, in which the solid fuel in the first combustion stage is supplied with supply of a first reaction gas such as air or oxygen-enriched air in an exhaust gas and thus a first volume flow and the first volume flow in a further combustion stage, for example, with a second volume flow of a second reaction gas, for example air and / or at least partially recirculated exhaust gas optionally with additional gas additives, such as ammonia, and / or water vapor is post-combusted.
  • a first reaction gas such as air or oxygen-enriched air in an exhaust gas
  • a second volume flow of a second reaction gas for example air and / or at least partially recirculated exhaust gas
  • additional gas additives such as ammonia, and / or water vapor is post-combusted.
  • multistage processes for example two-stage processes
  • the second firing stage essentially serves the un- ter- and superstoichiometric treatment of the exhaust gases of the first volume flow of the first combustion stage with the second volume flow of the second reaction gas and thus the most complete burnout of gas species such as carbon monoxide and organic hydrocarbons with air or recirculated flue gas.
  • the combustion of the fuel in the first firing stage preferably takes place under stoichiometry, so that a residual content of components which are not or not completely oxidized, for example carbon, such as carbon black, carbon monoxide and ammonia, can remain in the first volume flow.
  • these incompletely oxidized components serve as reducing agents or catalysts for the reduction of nitrogen oxides.
  • improved compression ratio to nitrogen can be promoted between the remaining ammonia and nitrogen oxides during the pulsating supply of the second reaction gas in the second volume flow and thus under sub-stoichiometric and super stoichiometric conditions during the mixing of the volume flows.
  • components of the two volume flows are supplied and formed during a reaction, such as the combustion of the fuel gases, compounds and entrained in the volume flow solids simple or complex composition.
  • a reaction such as the combustion of the fuel gases, compounds and entrained in the volume flow solids simple or complex composition.
  • the components carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, ammonia, nitrogen oxides, hydrocarbons, residual oxygen, soot can be contained as exhaust gases in the first volume flow.
  • air, oxygen with higher proportions than in the air, water vapor, ammonia and proportions of the exhaust gas can be present in the second volume flow.
  • a third, as the first reaction gas supplied volumetric flow may contain as components air, oxygen-enriched air, oxygen and optionally other components.
  • the supply of a volumetric flow of the second reaction gas by means of the second supply device during a firing process is controlled to be pulsating in time.
  • Such temporally pulsating metering of the volumetric flow can be provided in new systems of firing systems and retrofitted in existing firing systems by adjusting the second supply in a simple manner.
  • the second supply means with a pinch valve, rotary valves or the like, which interrupt the volume flow of the second reaction gas pulsating with a predetermined or predetermined frequency or continuously change and thus lead to a temporal Volumenstromstufung be provided.
  • the pulsation is impressed from outside, for example by means of a controller.
  • an oscillating supply of the second reaction gas in the form of air or with oxygen, water vapor, ammonia and / or the like enriched air, a mixture of these with recirculated exhaust gas, pure exhaust gas or the like is proposed, which is able by its pulsating properties to change the oxidative and reducing properties of the mixture of exhaust gas and reaction gas in a time-pulsating manner.
  • the proportion of nitrogen oxides can be reduced for example by dis- and / or Komproportiontechniksretician or oxidation and reaction.
  • this time-varying stoichiometric behavior of the components of the exhaust gas and the second reaction gas by means of an oscillating supply of the first reaction gas for example air or oxygen-enriched air, water vapor or a mixture of oxygen-containing gases already in the conversion of solid fuels in the first combustion stage for nitrogen oxide reduction be supplemented and improved.
  • the first reaction gas for example air or oxygen-enriched air, water vapor or a mixture of oxygen-containing gases already in the conversion of solid fuels in the first combustion stage for nitrogen oxide reduction
  • the control of the pulsation can be carried out by means of equally long or different lengths of time intervals, in which no or little second reaction gas is metered at first time intervals and in the second time intervals more reaction gas is metered into the exhaust gas space.
  • the dosage may be frequency-dependent, that is, depending on the rate of recovery of maxima and minima of the reaction gas over time and / or depending on the amplitude of these maxima or minima. It may be advantageous in this case if time intervals, frequency and / or amplitudes are controlled as a function of a reference variable detected by means of a sensor, for example the carbon monoxide content after the second firing stage.
  • a mid- denwert of 100 mg / Nm 3 carbon monoxide preferably be controlled to a mean half-hour value less than 50 mg / Nm 3 carbon monoxide.
  • the oscillation frequency of the second reaction gas can be controlled, for example, so that the half-hourly value of carbon monoxide is less than 50 mg / Nm 3 and thereby reduces the nitrogen oxide, preferably minimized.
  • An oscillation frequency may in this case be dependent on further parameters, for example the amplitude of the oscillation frequency, the oxygen content, other added components such as ammonia, water vapor and optionally an admixed amount of gas from the exhaust gas recirculation, the thermal output of the firing system and / or local conditions.
  • a range of the oscillation frequencies may be provided, for example, between 0.1 Hz and 10 Hz, preferably 0.5 Hz and 5 Hz.
  • the oscillation or pulsation of the second reaction phase can be provided exclusively during a combustion phase and be exposed for example during a start-up phase of the firing system.
  • the second reaction gas can be continuously supplied or turned off.
  • the pulsation of the second reaction gas when reaching or exceeding a predetermined content of nitrogen oxides in the exhaust gas can be activated, for example, when the ⁇ , ⁇ concentrations are above 400 mg / Nm 3 .
  • the NO 2 concentration can be recorded continuously, for example, by a sensor or detector.
  • the object is achieved by a firing system for combustion of solid, fed to a fuel bed fuel with a primary combustion stage with a first supply means for supplying a first oxygen-containing reaction gas and a first combustion stage downstream secondary combustion stage with a second oxygen-containing reaction gas in an exhaust space above the Solved fuel bed supplying second supply means, wherein by means of the second supply means during a firing operation, a volume flow of the second reaction gas is controlled to be pulsating in time.
  • the volume flow can be oscillating or intermittently adjustable.
  • the volume flow can be clocked in the form of a sawtooth profile or rectangular profile.
  • the second supply means may be provided with a timed pinch valve or a rotary valve.
  • the second reaction gas can be oxygen-containing and / or water vapor-containing. Furthermore, the object is achieved by a method for operating a firing system for combustion of a solid, fed to a fuel bed fuel with a first firing stage with a first supply means for supplying a first oxygen-containing reaction gas and a second firing stage with a second supply means for supplying a second oxygen-containing reaction gas in one of the first Combustion stage subsequent exhaust space is solved, wherein the fuel is oxidized in the first combustion stage under stoichiometric conditions and a periodically varied supply of the second reaction gas post combustion of exhaust gases of the first combustion stage is performed temporally changing under stoichiometric and superstoichiometric reaction conditions.
  • a volume flow of the second reaction gas can be increased and attenuated.
  • the time intervals of an increase in the volume flow may be equal to or different from the time intervals of a reduction in the volume flow.
  • the volume flow can be varied over time in rectangular or sawtooth form.
  • a frequency of the volume flow such as oscillation frequency can be controlled depending on a carbon monoxide content of the exhaust gas. The frequency can be adjusted to a carbon monoxide content less than 100 mg / Nm3, preferably less than 50 mg / Nm3.
  • Ammonia can be added to the second reaction gas.
  • the second reaction gas can be mixed with steam. Parts of the exhaust gas of the firing system can be added to the second reaction gas or the second reaction gas can be formed from the exhaust gas of the firing system.
  • the first reaction gas can also be modulated as time pulsating, oscillating or intermittently operated.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a firing system
  • Figure 2 is a schematic representation of a combustion system with respect to the
  • FIG. 3 shows a systematic representation of a pulsating operation of the supply device for supplying the second reaction gas
  • FIG. 4 shows a diagram for illustrating a sequence of a burning process of the invention
  • FIG. 5 shows a diagram of the carbon monoxide and nitrogen oxide contents in the exhaust gas of the
  • the first combustion stage 7 shows a schematic representation of the firing system 1 with the fuel bunker 2 and the feed table 4 with plunger 3, which transports the solid fuel 5 on the formed as a grate fuel bed 6.
  • the fuel 5 is burned in the first combustion stage 7 by supplying the first reaction gas 8 via the first supply means 9 under stoichiometric conditions, that is oxidized.
  • the first reaction gas 8 is preferably air or oxygen-enriched air. applies.
  • the solid fuel 5 can be formed from waste, biomass, coal, coke or mixtures thereof.
  • the first supply device 9 is designed here for example as a fan.
  • the ash of the first combustion stage 7 is discharged into the ash box 10.
  • the second firing stage 12 for afterburning of not completely oxidized components of the first volume flow in the form of the exhaust gas of the first firing stage 7 is arranged in the exhaust pipe 11.
  • the second supply means 13 for supplying the second reaction gas 14 is provided.
  • the second supply means 13 dosed at least temporarily pulsating at a preferably adjustable repetition rate such as oscillation frequency, for example, 0, 1 Hz to 10 Hz, preferably 0.5 Hz to 5 Hz, the second volume flow.
  • the second reaction gas 14 is formed of air, oxygen-enriched air, ammonia, steam or the like of enriched air, partially of exhaust gas of the combustion system 1 mixed air or completely made of exhaust gas.
  • the second supply device 13 has a device for forming the pulsation of a volume flow of the second reaction gas 14, for example a
  • the special reaction chemistry of entrained in the exhaust gas nitrogen oxides is positively influenced, so that their content decreases by this example, under Oxygen deficiency can be reduced to nitrogen.
  • the oxidation of the remaining, not completely burned components of the exhaust gas of the first combustion stage 7 such as carbon monoxide and hydrocarbons is advantageously influenced by the pulsation under excess oxygen, so that their content decreases.
  • FIG. 2 shows, in a schematic representation, the firing system 1a produced to a reduced extent relative to the firing system 1 of FIG. 1, with the combustion chamber 3a operated in the batch process, which is filled with fuel 5a.
  • the first reaction gas in the direction of the arrow 15a is introduced from below via the fuel bed 6a in the form of a grate and thus the first combustion stage 7a is formed.
  • the exhaust gas resulting from a substoichiometric combustion resulting in the first firing stage 7a passes into the afterburner chamber 16a via the exhaust pipe 1a, into which the second reaction gas for forming the second firing stage 12a is introduced in pulsing fashion in the direction of the arrow 17a.
  • the introduction of the second reaction gas can in principle be provided on all combustion systems adjustable perpendicular or at any other angle to the direction of movement of the exhaust gas with or against the direction of movement. In this case, targeted mixing of the exhaust gas and the second reaction gas can be achieved. be controlled.
  • the designed as a model system firing system 1 a are at different locations, for example, the designated here measuring points 18a, 19a, 20a provided, the measuring point 19a allows optical access and the measuring points 18a, 20a an analysis of the existing components at these locations, for example, after allow first firing stage 7a and after the second firing stage 12a.
  • the after-combustion chamber 16a is adjoined in the direction of movement of the exhaust gas by the heat exchanger 21a, the filter chamber 22a, the venturi 23a, the carbon adsorber 24a and the blower 25a.
  • FIG. 3 schematically shows the second volume flow with an oscillating supply of air for carrying out the second firing stage, which is arranged below in the direction of movement of the exhaust gas of the first firing stage.
  • the second reaction gas is supplied to the first volume flow as exhaust gas of the first combustion stage by means of the second supply means over the time t pulsating. It does not matter or not essential to the mixing of the components. Rather, the first combustion stage is substoichiometrically operated with oxygen, ie with a combustion air ratio ⁇ ⁇ 1, so that in the second combustion stage by the pulsating operation of the second reaction gas in the first time periods eti no or less and in alternating with these second time periods Et2 more oxygen to the first volume flow is introduced.
  • the first time periods Eti for example, components which are not completely oxidized, such as carbon monoxide (CO) and nitrogen compounds, such as ammonia (NH 3) and nitrogen oxides (NO x ), remain in the first volume flow from the first firing stage, such as primary firing.
  • the combustion air coefficient ⁇ > 1 results, carbon monoxide becomes carbon dioxide (CO 2) and the nitrogen oxides with the ammonia in oxygen (O 2) and water (H 2 O ) implemented.
  • the nitrogen oxides are further oxidized and can not be reduced.
  • the time periods eti and et2 can be of different lengths, as well as the height of the amplitude .DELTA. ⁇ vary.
  • the residence time of the mixture of exhaust gas and the second reaction gas can thus be adjusted both over the time length of the time periods eti, et2, the amplitude ⁇ and by the frequency, that is, the Wederholungsrate the periods Eti, Et2.
  • the carbon monoxide content can be used to control pulsation variables, for example the oscillation frequency, the amplitude of the pulsations, their duration and / or the like as a reference variable.
  • the oscillation frequency is adjusted in a preferred manner so that a carbon monoxide content of less than 50 mg / Nm 3 achieved and the nitrogen oxide content is reduced.
  • FIG. 4 shows the diagram 26 of a model combustion process carried out in the combustion system 1 a of FIG. 2 with different parameters over the time t.
  • the curve 27 shows the course of the volume flow of the first reaction gas - here air.
  • the curve 28 shows the course of the second volume flow of the second reaction gas - here air.
  • Curve 29 shows the course of the oxygen content
  • curve 30 shows the course of the carbon dioxide content
  • curve 31 shows the course of the carbon monoxide content
  • curve 32 shows the course of the nitrogen oxide content at measuring point 20a (FIG. 2).
  • the curve 33 shows the course of the nitrogen conversion degree of nitrogen oxide to nitrogen.
  • the volume flow of the second reaction gas is pulsed.
  • the oxygen content of the pulse minima decreases.
  • the degree of nitrogen conversion increases. Consequently, the nitrogen oxide content in the exhaust gas decreases significantly with simultaneously low carbon monoxide content.
  • FIG. 5 shows the diagram 34 with the bars 35, 36, 37 for the carbon monoxide content and with the bars 38, 39, 40 for the nitrogen oxide content over different oscillation frequencies f.
  • Kohlenmo- noxidgehalte for example of about 10 mg / Nm 3 CO based on 11 percent by volume of oxygen possible.
  • the nitrogen oxide contents remain at a high level of, for example, about 600 mg / Nm 3 NO x based on 11 volume percent oxygen.
  • the second reaction gas with the oscillation frequency f 1 Hz pulsating transferred to the second combustion stage, reduced in bar 39, the nitrogen oxide content to about half, the content of carbon monoxide in bar 36 but increases by a multiple.
  • the content of nitrogen oxides in bar 40 remains in the range of half the content of nitrogen oxides in non-pulsating operation.
  • the contents during pulsating operation are inter alia dependent on the system properties of the firing system 1a (FIG. 2) and that for each firing system the optimum oscillation frequencies are to be determined separately.
  • the proposed oscillation frequencies for the invention are not limiting. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Feuerungssystem (1, 1a) zur Verbrennung von festem, auf ein Brennstoffbett (6, 6a) zugeführtem Brennstoff (5, 5a) mit einer primären Brennstufe (7, 7a) mit einer ersten Zufuhreinrichtung (9) zur Zufuhr eines ersten sauerstoffhaltigen Reaktionsgases (8) und Durchführung eines unvollständigen Verbrennvorgangs mit Erzeugung eines ersten Volumenstroms und einer der ersten Brennstufe (7, 7a) nachgeschalteten sekundären Brennstufe (12, 12a) mit einem von einer zweiten Zufuhreinrichtung (13) zugeführten zweiten Volumenstrom eines zweiten sauerstoffhaltigen Reaktionsgases (14) in einen Abgasraum oberhalb des Brennstoffbetts (6, 6a) zuführenden zweiten Zufuhreinrichtung (13). Um im Abgas die Stickoxidgehalte zu verringern, ist mittels der zweiten Zufuhreinrichtung (13) eine über die Zeit stöchiometrisch geänderte Mischung von Komponenten der Volumenströme vorgesehen.

Description

Feuerungssystem und Verfahren zu dessen Betrieb
Die Erfindung betrifft ein Feuerungssystem zur Verbrennung von festem, auf ein Brennstoffbett zugeführtem Brennstoff mit einer primären Brennstufe mit einer ersten Zufuhreinrichtung zur Zufuhr eines ersten sauerstoffhaltigen Reaktionsgases und Durchführung eines unvollständigen Verbrennvorgangs mit Erzeugung eines ersten Volumenstroms und einer der ersten Brennstufe nachgeschalteten sekundären Brennstufe mit einem von einer zweiten Zufuhreinrichtung zugeführten zweiten Volumenstrom eines zweiten sauerstoffhaltigen Reaktionsgases in einen Abgasraum oberhalb des Brennstoffbetts zuführenden zweiten Zufuhreinrichtung.
Feuerungssysteme, das heißt, Anlagen, die chemisch gebundene Energie in thermische Energie umwandeln wie beispielsweise Müllverbrennungsanlagen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Hierbei wird fester Brennstoff auf ein Brennstoffbett transportiert und gegebenenfalls mit Unterstützung einer zusätzlichen Brennstoffquelle mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff unter Zufuhr von Reaktionsgas, beispielsweise Luft oder beispielsweise mit Sauerstoff angereicherter Luft, mittels einer ersten Zufuhreinrichtung, beispielsweise eines Gebläses in einer ersten Brennstufe verbrannt. Hierbei ist in derartigen Feuerungssystemen eine Minimierung des Schadstoffausstoßes in deren Abgasen anzustreben, um beispielsweise die gesetzlich geltenden Grenzwerte einzuhalten oder zu unterschreiten. Beispielsweise kann der ersten Brennstufe eine zweite Brennstufe nachgeschaltet sein, die in dem der ersten Brennstufe nachgeschalteten Abgasraum mittels einer zweiten Zufuhreinrichtung ein zweites Reaktionsgas zuführt um eine Nachverbrennung nicht vollständig oxidierter Schadstoffe, beispielsweise Kohlenmonoxid in Kohlendioxid oder unvollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe zu oxidieren. Hierbei hat sich gezeigt, dass Stickoxide bei einer konstanten Zufuhr von Reaktionsgas, beispielsweise Luft in der zweiten Brennstufe in einer gestuften Betriebsweise zwar reduziert werden, diese Reduktion ist zur Einhaltung aktueller Grenzwerte häufig nur unter hohem Aufwand möglich.
Es wird daher in der DE 103 47 340 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Optimierung des Abgasausbrands in Verbrennungsanlagen vorgeschlagen, bei dem eine zweite sekundäre Zuführung des zweiten Reaktionsgases über Düsen erfolgt, die abhängig von Sensoren zur Detektion von nicht vollständig verbrannten Verbindungen zur Einleitung von Reaktionsgas gesteuert werden. Aus der DE 20 2006 005 464 B3 ist ein Verfahren zur primärseitigen Stickoxidminderung in einem zweistufigen Verbrennungsprozess bekannt, bei dem die Temperatur des Abgases beim Verlassen des Brennstoffs an der Abgasausbrandzone durch Zufuhr eines Wasser- Gas-Gemisches so eingestellt wird, dass weniger Stickoxide entstehen.
Aus der WO 94/24484 A1 ist ein Verfahren zur Reduzierung aller Emissionen bei der Verbrennung von Abfällen bekannt, bei dem ein Teil des in der Verbrennungsanlage entstehenden Rauchgases zurückgeführt und diesem reiner Sauerstoff beigeführt wird. Weiterhin wird als Stand der Technik zur Verhinderung einer Stickoxidbildung die Verbrennung bei Luftüberschuss, also bei einer überstöchiometrischen Zufuhr des Reaktionsgases vorgeschlagen, um eine bessere Durchmischung des (gasförmigen) Brennstoffs und des ersten Reaktionsgases in Form der Verbrennungsluft zu erzielen. Hierbei führt der Luftüberschuss zwar zu einer besseren Durchmischung, der Überschuss an Luft (Sauerstoff) jedoch auch zu einer stärkeren Oxidierung des Brennstoffs und damit zu einer vermehrten Bildung von Stickoxiden.
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Feuerungssystems und eines Verfahrens zu dessen Steuerung, bei welchem in einfacher Weise die Stickoxidgehalte verringert werden. Insbesondere soll ein Verfahren zum Betrieb eines Feuerungssystems vorgeschlagen werden, welches ohne große Umbauten auf bestehende Feuerungssysteme anwendbar ist.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung des Anspruchs 1 und das Verfahren des Anspruchs 6 gelöst. Die von diesen Ansprüchen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung des Anspruchs 1 beziehungsweise des Verfahrens des Anspruchs 6 wieder.
Das vorgeschlagene Verfahren ist für die Verbrennungstechnik in mehrstufigen Feuerungssystemen vorgesehen. Mehrstufige Feuerungssysteme wie vorgeschlagen werden vorteilhafterweise in Verbrennungssystemen für feste Brennstoffe eingesetzt, bei der der feste Brennstoff in der ersten Brennstufe unter Zufuhr eines ersten Reaktionsgases wie Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft in ein Abgas und damit einen ersten Volumenstrom überführt wird und der erste Volumenstrom in einer weiteren Brennstufe beispielsweise mit einem zweiten Volumenstrom eines zweiten Reaktionsgases, beispielsweise Luft und/oder zumindest teilweise rückgeführtem Abgas gegebenenfalls mit weiteren Gaszusätzen, beispielsweise Ammoniak, und/oder Wasserdampf nachverbrannt wird. Diese mehrstufigen, beispielsweise zweistufigen Prozesse können beispielweise im Bereich der Rostfeuerungen, beispielsweise in Müllverbrennungsanlagen, Biomassefeuerungen, Sonderabfallverbrenn- ungsanlagen oder dergleichen mit Drehrohr-, Wirbelschicht-, Festbett-, Etagenofentechnik oder dergleichen vorgesehen werden. Die zweite Brennstufe dient im Wesentlichen der un- ter- und überstöchiometrischen Behandlung der Abgase des ersten Volumenstroms der ersten Brennstufe mit dem zweiten Volumenstrom des zweiten Reaktionsgases und damit einem möglichst vollständigen Ausbrand von Gasspezies wie beispielsweise Kohlenmonoxid und organischen Kohlenwasserstoffen mit Luft oder zurückgeführtem Rauchgas. Hierbei erfolgt in bevorzugter Weise die Verbrennung des Brennstoffs in der ersten Brennstufe unter- stöchiometrisch, so dass ein Restgehalt an nicht oder nicht vollständig oxidierten Komponenten, beispielsweise Kohlenstoff wie Ruß, Kohlenmonoxid und Ammoniak in dem ersten Volumenstrom verbleiben kann. In der Nachverbrennung der zweiten Brennstufe dienen diese unvollständig oxidierten Komponenten als Reduktionsmittel oder Katalysatoren zur Reduktion von Stickoxiden. Beispielsweise kann zwischen dem verbliebenen Ammoniak und Stickoxiden während der pulsierenden Zufuhr des zweiten Reaktionsgases im zweiten Volumenstrom und damit unter unter- und überstöchiometrischer Bedingungen während der Mischung der Volumenströme eine verbesserte Komproportionierung zu Stickstoff gefördert werden.
Unter Komponenten der beiden Volumenströme sind zugeführte und während einer Reaktion, beispielsweise der Verbrennung des Brennstoffs entstehende Gase, Verbindungen und in den Volumenströmen mitgeführte Feststoffe einfacher oder komplexer Zusammensetzung sein. Beispielsweise können als Abgase im ersten Volumenstrom die Komponenten Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserdampf, Ammoniak, Stickoxide, Kohlenwasserstoffe, Restsauerstoff, Ruß enthalten sein. Beispielsweise können im zweiten Volumenstrom Luft, Sauerstoff mit höheren Anteilen als in der Luft, Wasserdampf, Ammoniak und Anteile des Abgases vorhanden sein. Ein dritter, als erstes Reaktionsgas zugeführter Volumenstrom kann als Komponenten Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft, Sauerstoff sowie gegebenenfalls weitere Komponenten enthalten.
In dem vorgeschlagenen Feuerungssystem ist insbesondere zur Verringerung des Gehalts an Stickoxiden die Zufuhr eines Volumenstroms des zweiten Reaktionsgases mittels der zweiten Zufuhreinrichtung während eines Brennvorgangs zeitlich pulsierend gesteuert. Eine derartige zeitlich pulsierende Dosierung des Volumenstroms kann bei Neuanlagen von Feuerungssystemen vorgesehen und bei bereits bestehenden Feuerungsanlagen durch Anpassung der zweiten Zufuhreinrichtung in einfacher Weise nachgerüstet werden. Beispielsweise kann die zweite Zufuhreinrichtung mit einem Quetschventil, Zellradschleusen oder dergleichen, welche mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Frequenz den Volumenstrom des zweiten Reaktionsgases pulsierend unterbrechen oder kontinuierlich ändern und so zu einer zeitlichen Volumenstromstufung führen, versehen sein. Die Pulsation wird von außen beispielsweise mittels einer Steuerung aufgeprägt. Unter von außen aufgeprägter Pulsation ist hierbei beispielsweise eine oszillierende oder intermittierende Änderung des Volumenstroms zu verstehen, die nachfolgend eine ebensolche pulsierende Nachverbrennung des Abgases bewirkt. Die Pulsation des Volumenstroms kann beispielsweise durch ein Sägezahn- oder Rechteckprofil abgebildet werden. Es versteht sich, dass neben einer Steuerung des Volumenstroms des zweiten Reaktionsgases auch andere Regelungen, beispielsweise eine Drucksteuerung des zweiten Reaktionsgases von der vorgeschlagenen Lösung der Aufgabe umfasst sind. Insbesondere sind alle Möglichkeiten vorgesehen, die Stöchiometrie der Komponenten des Abgases und der Komponenten des zweiten Reaktionsgases im Nachverbrennungsprozess der zweiten Brennstufe pulsierend zu ändern. Hierunter kann auch ein zusätzlich pulsierender Betrieb des ersten Reaktionsgases zu verstehen sein. Die vorgeschlagenen, von dem pulsierenden Betrieb des Volumenstroms abweichenden Zuführmöglichkeiten sind daher unter dem pulsierenden Betrieb des Volumenstroms zu subsummieren.
Beispielsweise wird eine oszillierende Zufuhr des zweiten Reaktionsgases in Form von Luft oder mit Sauerstoff, Wasserdampf, Ammoniak und/oder dergleichen angereicherter Luft, ein Gemisch aus diesen mit rückgeführtem Abgas, reines Abgas oder dergleichen vorgeschlagen, welches durch seine pulsierenden Eigenschaften in der Lage ist, die oxidativen und reduzierenden Eigenschaften der Mischung aus Abgas und Reaktionsgas zeitlich pulsierend so zu ändern. Auf diese Weise kann der Anteil an Stickoxiden beispielsweise durch Dis- und/oder Komproportionierungsreaktionen beziehungsweise Oxidation und Reaktion vermindert werden. Darüber hinaus kann dieses zeitlich sich ändernde stöchiometrische Verhalten der Komponenten von Abgas und zweitem Reaktionsgas mittels einer oszillierenden Zufuhr des ersten Reaktionsgases, beispielsweise Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft, Wasserdampf oder ein Gemisch aus sauerstoffhaltigen Gasen bereits beim Umsatz fester Brennstoffe in der ersten Brennstufe zur Stickoxidminderung ergänzt und verbessert werden.
Die Steuerung der Pulsation kann mittels gleich langen oder unterschiedlich langen Zeitabständen erfolgen, in denen jeweils in ersten Zeitabständen kein oder wenig zweites Reaktionsgas dosiert wird und in zweiten Zeitabständen mehr Reaktionsgas in den Abgasraum dosiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Dosierung frequenzabhängig, das heißt abhängig von der Wederholungsrate von Maxima und Minima des Reaktionsgases über die Zeit und/oder abhängig von der Amplitude dieser Maxima oder Minima sein. Es kann dabei vorteilhaft sein, wenn Zeitabstände, Frequenz und/oder Amplituden abhängig von einer mittels einer sensorisch erfassten Führungsgröße, beispielsweise des Kohlenmonoxidgehalts nach der zweiten Brennstufe gesteuert werden. Beispielsweise kann auf einen mittleren Halbstun- denwert von 100 mg/Nm3 Kohlenmonoxid bevorzugt auf einen mittleren Halbstundenwert kleiner 50 mg/Nm3 Kohlenmonoxid geregelt werden. Hierbei kann die Oszillationsfrequenz des zweiten Reaktionsgases beispielsweise so gesteuert werden, dass der Halbstundenwert des Kohlenmonoxids kleiner 50 mg/Nm3 beträgt und dabei die Stickoxidgehalte verringert, vorzugsweise minimiert werden. Eine Oszillationsfrequenz kann hierbei von weiteren Parametern, beispielsweise der Amplitude der Oszillationsfrequenz, des Sauerstoffgehalts, beigefügten weiteren Komponenten wie beispielsweise Ammoniak, Wasserdampf und gegebenenfalls einer beigemengten Gasmenge aus der Abgasrückführung, der thermischen Leistung des Feuerungssystems und/oder örtlichen Gegebenheiten abhängig sein. Ein Bereich der Oszillationsfrequenzen kann beispielsweise zwischen 0,1 Hz und 10 Hz, bevorzugt 0,5 Hz und 5 Hz vorgesehen sein.
Die Oszillation beziehungsweise Pulsation der zweiten Reaktionsphase kann ausschließlich während einer Verbrennungsphase vorgesehen sein und beispielsweise während einer Anfahrphase des Feuerungssystems ausgesetzt werden. In der Anfahrphase kann das zweite Reaktionsgas kontinuierlich zugeführt werden oder abgestellt sein. Beispielsweise kann die Pulsation des zweiten Reaktionsgases bei Erreichen oder Überschreiten eines vorgegebenen Gehalts an Stickoxiden im Abgas aktiviert werden, beispielsweise wenn die ΝΟ,τ Konzentrationen oberhalb von 400 mg/Nm3 liegen. Hierzu kann die NO^Konzentration beispielsweise von einem Sensor oder Detektor laufend erfasst werden.
Zusammenfassend wird die Aufgabe durch ein Feuerungssystem zur Verbrennung von festem, auf ein Brennstoffbett zugeführtem Brennstoff mit einer primären Brennstufe mit einer ersten Zufuhreinrichtung zur Zufuhr eines ersten sauerstoffhaltigen Reaktionsgases und einer der ersten Brennstufe nachgeschalteten sekundären Brennstufe mit einer ein zweites sauerstoffhaltiges Reaktionsgas in einen Abgasraum oberhalb des Brennstoffbetts zuführenden zweiten Zufuhreinrichtung gelöst, wobei mittels der zweiten Zufuhreinrichtung während eines Brennvorgangs ein Volumenstrom des zweiten Reaktionsgases zeitlich pulsierend gesteuert ist. Der Volumenstrom kann oszillierend oder intermittierend einstellbar sein. Der Volumenstrom kann in Form eines Sägezahnprofils oder Rechteckprofils getaktet sein. Die zweite Zufuhreinrichtung kann mit einem zeitlich getakteten Quetschventil oder einer Zellradschleuse versehen sein. Das zweite Reaktionsgas kann sauerstoffhaltig und/oder wasser- dampfhaltig sein. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines Feuerungssystems zur Verbrennung eines festen, auf ein Brennstoffbett zugeführten Brennstoffs mit einer ersten Brennstufe mit einer ersten Zuführungseinrichtung zur Zufuhr eines ersten sauerstoffhaltigen Reaktionsgases und einer zweiten Brennstufe mit einer zweiten Zufuhreinrichtung für eine Zufuhr eines zweiten sauerstoffhaltigen Reaktionsgases in einen der ersten Brennstufe nachfolgenden Abgasraum gelöst, wobei der Brennstoff in der ersten Brennstufe unter unterstöchiometrischen Bedingungen oxidiert wird und durch eine periodisch variierte Zufuhr des zweiten Reaktionsgases eine Nachverbrennung von Abgasen der ersten Brennstufe zeitlich wechselnd unter unterstöchiometrischen und überstöchiometrischen Reaktionsbedingungen durchgeführt wird. In einander abwechselnden Zeitabständen kann ein Volumenstrom des zweiten Reaktionsgases gesteigert und abgeschwächt werden. Die Zeitabstände einer Steigerung des Volumenstroms können gleich oder ungleich den Zeitabständen einer Abschwächung des Volumenstroms sein. Der Volumenstrom kann zeitabhängig in Rechteckform oder Sägezahnform variiert werden. Eine Frequenz des Volumenstroms wie Oszillationsfrequenz kann abhängig von einem Kohlenmonoxidgehalt des Abgases gesteuert werden. Die Frequenz kann auf einen Kohlenmonoxidgehalt kleiner 100 mg/Nm3, bevorzugt kleiner 50 mg/Nm3 eingestellt werden. Dem zweiten Reaktionsgas kann Ammoniak beigemischt werden. Dem zweiten Reaktionsgas kann Wasserdampf beigemischt werden. Dem zweiten Reaktionsgas können Anteile des Abgases des Feuerungssystems beigemischt werden oder das zweite Reaktionsgas kann aus dem Abgas des Feuerungssystems gebildet werden. Das erste Reaktionsgas kann ebenfalls moduliert wie zeitlich pulsierend, oszillierend oder intermittierend betrieben werden.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Feuerungssystems,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Feuerungssystems mit gegenüber dem
Feuerungssystem der Figur 1 verringerten Ausmaßen,
Figur 3 eine systematische Darstellung eines pulsierenden Betriebs der Zufuhreinrichtung zur Zufuhr des zweiten Reaktionsgases,
Figur 4 ein Diagramm zur Darstellung eines Ablaufs eines Brennvorgangs des
Feuerungssystems der Figur 2
und
Figur 5 ein Diagramm der Kohlenmonoxid- und Stickoxidgehalte im Abgas des
Feuerungssystems abhängig von der Frequenz des zweiten Reaktionsgases.
Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung das Feuerungssystem 1 mit dem Brennstoffbunker 2 und dem Beschicktisch 4 mit Stößel 3, welcher den festen Brennstoff 5 auf das als Rost ausgebildete Brennstoff bett 6 transportiert. Auf dem Brennstoffbett 6 wird der Brennstoff 5 in der ersten Brennstufe 7 unter Zufuhr des ersten Reaktionsgases 8 über die erste Zufuhreinrichtung 9 unter unterstöchiometrischen Bedingungen verbrannt, das heißt oxidiert. Als erstes Reaktionsgas 8 wird bevorzugt Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft ver- wendet. Der feste Brennstoff 5 kann aus Müll, Biomasse, Kohle, Koks oder Mischungen dieser gebildet sein. Die erste Zufuhreinrichtung 9 ist hier beispielsweise als Gebläse ausgebildet. Die Asche der ersten Brennstufe 7 wird in den Aschekasten 10 ausgetragen.
Über der ersten Brennstufe 7 ist im Abgasrohr 11 die zweite Brennstufe 12 zur Nachverbrennung nicht vollständig oxidierter Komponenten des ersten Volumenstroms in Form des Abgases der ersten Brennstufe 7 angeordnet. An der zweiten Brennstufe 12 ist die zweite Zufuhreinrichtung 13 zur Zufuhr des zweiten Reaktionsgases 14 vorgesehen. Die zweite Zufuhreinrichtung 13 dosiert zumindest zeitweise pulsierend mit einer bevorzugt regelbaren Wiederholungsrate wie Oszillationsfrequenz, beispielsweise 0, 1 Hz bis 10 Hz, bevorzugt 0,5 Hz bis 5 Hz den zweiten Volumenstrom. Das zweite Reaktionsgas 14 ist aus Luft, mit Sauerstoff angereicherter Luft, mit Ammoniak, Wasserdampf oder dergleichen angereicherter Luft, teilweise aus Abgas des Feuerungssystems 1 vermischter Luft oder komplett aus Abgas gebildet. Die zweite Zufuhreinrichtung 13 verfügt über eine Einrichtung zur Ausbildung der Pulsation eines Volumenstroms des zweiten Reaktionsgases 14, beispielsweise ein
Quetschventil, eine Zellradschleuse oder dergleichen. Durch die sich hierdurch einstellende pulsierend ändernde Stöchiometrie zwischen den nicht vollständig verbrannten Komponenten der ersten Brennstufe 7 und den Komponenten des zweiten Reaktionsgases 14, insbesondere Sauerstoff wird die spezielle Reaktionschemie der im Abgas mitgeführten Stickoxide positiv beeinflusst, so dass deren Gehalt absinkt, indem diese beispielsweise unter Sauerstoffmangel zu Stickstoff reduziert werden. Gleichzeitig ist unter Sauerstoffüberschuss die Oxidation der übrigen, nicht vollständig verbrannten Komponenten des Abgases der ersten Brennstufe 7 wie Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe vorteilhaft durch die Pulsation beeinflussbar, so dass deren Gehalt abnimmt.
Die Figur 2 zeigt das gegenüber dem Feuerungssystem 1 der Figur 1 mit verringerten Ausmaßen hergestellte Feuerungssystem 1a in schematischer Darstellung mit der im Batch- Verfahren betriebenen Brennkammer 3a, die mit Brennstoff 5a befüllt ist. Über das Brennstoffbett 6a in Form eins Rosts wird von unten das erste Reaktionsgas in Richtung des Pfeils 15a eingebracht und damit die erste Brennstufe 7a gebildet. Über das Abgasrohr 1 1a gelangt das aus einer in der ersten Brennstufe 7a erfolgenden unterstöchiometrischen Verbrennung resultierende Abgas in die Nachbrennkammer 16a, in die in Richtung des Pfeils 17a pulsierend das zweite Reaktionsgas zur Ausbildung der zweiten Brennstufe 12a eingebracht wird. Die Einbringung des zweiten Reaktionsgases kann grundsätzlich an allen Feuerungssystemen einstellbar senkrecht oder in jedem anderen Winkel gegenüber der Bewegungsrichtung des Abgases mit oder gegen die Bewegungsrichtung vorgesehen werden. Hierbei kann eine gezielte Vermischung des Abgases und des zweiten Reaktionsgases ge- steuert werden.
An dem als Modellanlage konzipierten Feuerungssystem 1 a sind an unterschiedlichen Stellen, beispielsweise die hier bezeichneten Messstellen 18a, 19a, 20a vorgesehen, wobei die Messstelle 19a einen optischen Zugang erlaubt und die Messstellen 18a, 20a eine Analyse der an diesen Stellen vorhandenen Komponenten beispielsweise nach der ersten Brennstufe 7a und nach der zweiten Brennstufe 12a erlauben. An die Nachbrennkammer 16a schließen sich in Bewegungsrichtung des Abgases der Wärmetauscher 21a, die Filterkammer 22a, die Venturidüse 23a, der Kohleadsorber 24a und das Gebläse 25a an.
Figur 3 zeigt schematisch den zweiten Volumenstrom mit einer oszillierenden Zufuhr von Luft zur Durchführung der zweiten Brennstufe, die in Bewegungsrichtung des Abgases der ersten Brennstufe nachfolgend angeordnet ist. Das zweite Reaktionsgas wird zum ersten Volumenstrom wie Abgas der ersten Brennstufe mittels der zweiten Zufuhreinrichtung über die Zeit t pulsierend zugeführt. Hierbei kommt es nicht oder nicht wesentlich auf die Vermischung der Komponenten an. Vielmehr wird die erste Brennstufe unterstöchiometrisch mit Sauerstoff, also mit einem Verbrennungsluftverhältnis λ < 1 betrieben, so dass in der zweiten Brennstufe durch die pulsierende Betriebsweise des zweiten Reaktionsgases in ersten Zeitabschnitten Äti kein oder weniger und in mit diesen abwechselnden zweiten Zeitabschnitten Ät2 mehr Sauerstoff an den ersten Volumenstrom herangeführt wird. Hierbei verbleiben in den ersten Zeitabschnitten Äti beispielsweise nicht vollständig oxidierte Komponenten wie Kohlen- monoxid (CO) und Stickstoffverbindungen wie Ammoniak (NH3) und Stickoxide (NOx) in dem ersten Volumenstrom aus der ersten Brennstufe wie Primärfeuerung. Wird in den zweiten Zeitabschnitten Ät2 dem Abgas aus der Primärverbrennung ausreichend Luft beziehungsweise Sauerstoff zugeführt, so dass die Verbrennungsluftzahl λ > 1 resultiert, werden Koh- lenmonoxid zu Kohlendioxid (CO2) und die Stickoxide mit dem Ammoniak in Sauerstoff (O2) und Wasser (H2O) umgesetzt. Bei bekanntem dauerhaftem Betrieb mit einer Verbrennungsluftzahl λ > 1 werden die Stickoxide weiteroxidiert und können nicht reduziert werden. Die Zeitabschnitte Äti und Ät2 können dabei unterschiedlich lang sein, ebenso kann die Höhe der Amplitude ΔΑ variieren. Die Verweilzeit der Mischung aus Abgas und zweitem Reaktionsgas kann damit sowohl über die zeitliche Länge der Zeitabschnitte Äti , Ät2, die Amplitude ΔΑ sowie durch die Frequenz, das heißt die Wederholungsrate der Zeitabschnitte Äti , Ät2 eingestellt werden. Beispielsweise kann der Kohlenmonoxidgehalt zur Steuerung von Pulsa- tionsgrößen, beispielsweise der Oszillationsfrequenz, der Amplitude der Pulsationen, deren Dauer und/oder dergleichen als Führungsgröße verwendet werden. Beispielsweise kann auf einen derzeit gültigen Halbstundenmittelwert von 100 mg/Nm3 für Abfallverbrennungsanlagen oder bevorzugt auf zirka 50 % des Grenzwertes, das heißt, kleiner 50 mg/Nm3 CO ge- regelt werden. Die Oszillationsfrequenz wird dabei in bevorzugter Weise so angepasst, dass ein Kohlenmonoxidgehalt kleiner 50 mg/Nm3 erzielt und der Stickoxidgehalt verringert wird.
Die Figur 4 zeigt das Diagramm 26 eines in dem Feuerungssystem 1 a der Figur 2 durchgeführten modellhaften Verbrennungsvorgangs mit unterschiedlichen Parametern über die Zeit t. Die Kurve 27 zeigt den Verlauf des Volumenstroms des ersten Reaktionsgases - hier Luft. Die Kurve 28 zeigt den Verlauf des zweiten Volumenstroms des zweiten Reaktionsgases - hier Luft. Die Kurve 29 zeigt den Verlauf des Sauerstoffgehalts, die Kurve 30 den Verlauf des Kohlendioxidgehalts, die Kurve 31 den Verlauf des Kohlenmonoxidgehalts und die Kurve 32 den Verlauf des Stickoxidgehalts jeweils an der Messstelle 20a (Figur 2). Die Kurve 33 zeigt den Verlauf des Stickstoffkonversionsgrads von Stickoxid zu Stickstoff.
Zwischen Minute 14 und Minute 45 wird der Volumenstrom des zweiten Reaktionsgases pulsierend betrieben. Dadurch nimmt unter anderem systembedingt an den Pulsminima der Sauerstoffgehalt ab. Der Stickstoffkonversionsgrad nimmt zu. Demzufolge nimmt der Stickoxidgehalt im Abgas signifikant bei gleichzeitig niedrigem Kohlenmonoxidgehalt ab.
Die Figur 5 zeigt das Diagramm 34 mit den Balken 35, 36, 37 für den Kohlenmonoxidgehalt und mit den Balken 38, 39, 40 für den Stickoxidgehalt über unterschiedliche Oszillationsfrequenzen f. Die Balken 35, 38 zeigen die Gehalte bei kontinuierlicher Zufuhr - also Frequenz f = 0 - des zweiten Reaktionsgases in das Feuerungssystem 1a der Figur 2. Bereits mit einer herkömmlichen Nachverbrennung ist dabei eine ausreichende Reduzierung der Kohlenmo- noxidgehalte beispielsweise von zirka 10 mg/Nm3 CO bezogen auf 11 Volumenprozent Sauerstoff möglich. Allerdings verbleiben die Stickoxidgehalte auf einem hohen Niveau von beispielsweise zirka 600 mg/Nm3 NOx bezogen auf 11 Volumenprozent Sauerstoff. Wrd in der vorgegebenen Versuchsumgebung das zweite Reaktionsgas mit der Oszillationsfrequenz f = 1 Hz pulsierend in die zweite Brennstufe überführt, vermindert sich in Balken 39 der Stickoxidgehalt zwar auf zirka die Hälfte, der Gehalt an Kohlenmonoxid in Balken 36 vergrößert sich aber um ein Vielfaches. Wird die Oszillationsfrequenz f = 2 Hz eingestellt, kann der Gehalt an Kohlendioxid in Balken 37 wieder auf den ursprünglichen Wert bei nicht pulsierendem Betrieb gesenkt werden. Gleichzeitig bleibt der Gehalt an Stickoxiden in Balken 40 im Bereich der Hälfte des Gehalts an Stickoxiden bei nicht pulsierendem Betrieb. Bei diesen Ergebnissen wird davon ausgegangen, dass die Gehalte bei pulsierendem Betrieb unter anderem abhängig von den Systemeigenschaften des Feuerungssystems 1a (Figur 2) sind und dass für jedes Feuerungssystem die optimalen Oszillationsfrequenzen separat zu ermitteln sind. Insoweit sind die vorgeschlagenen Oszillationsfrequenzen für die Erfindung nicht begrenzend. Bezugszeichenliste
Feuerungssystem
a Feuerungssystem
Brennstoffbunker
Stößel
a Brennkammer
Beschicktisch
Brennstoff
a Brennstoff
Brennstoffbett
a Brennstoff bett
erste Brennstufe
a erste Brennstufe
erstes Reaktionsgas
Zufuhreinrichtung
0 Aschekasten
1 Abgasrohr
1 a Abgasrohr
2 zweite Brennstufe
2a zweite Brennstufe
3 zweite Zufuhreinrichtung
4 zweites Reaktionsgas
5a Pfeil
6a Nachbrennkammer
7a Pfeil
8a Messstelle
9a Messstelle
0a Messstelle
1 a Wärmetauscher
2a Filterkammer
3a Venturidüse
4a Kohleadsorber
5a Gebläse Diagramm Kurve Kurve Kurve Kurve Kurve Kurve Kurve Diagramm Balken Balken Balken Balken Balken Balken

Claims

Patentansprüche
1. Feuerungssystem (1 , 1 a) zur Verbrennung von festem, auf ein Brennstoffbett (6, 6a) zugeführtem Brennstoff (5, 5a) mit einer primären Brennstufe (7, 7a) mit einer ersten Zufuhreinrichtung (9) zur Zufuhr eines ersten sauerstoffhaltigen Reaktionsgases (8) und Durchführung eines unvollständigen Verbrennvorgangs mit Erzeugung eines ersten Volumenstroms und einer der ersten Brennstufe (7, 7a) nachgeschalteten sekundären Brennstufe (12, 12a) mit einem von einer zweiten Zufuhreinrichtung (13) zugeführten zweiten Volumenstrom eines zweiten sauerstoffhaltigen Reaktionsgases (14) in einen Abgasraum oberhalb des Brennstoff betts (6, 6a) zuführenden zweiten Zufuhreinrichtung (13), dadurch gekennzeichnet, dass mittels der zweiten Zufuhreinrichtung (13) eine über die Zeit stöchiometrisch geänderte Mischung von Komponenten der Volumenströme vorgesehen ist.
2. Feuerungssystem (1 , 1 a) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zufuhreinrichtung (13) zeitlich pulsierend gesteuert ist.
3. Feuerungssystem (1 , 1a) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom oszillierend oder intermittierend einstellbar ist.
4. Feuerungssystem (1 , 1a) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zufuhreinrichtung (13) mit einem zeitlich getakteten Quetschventil oder Zellradschleuse versehen ist.
5. Feuerungssystem (1 , 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Volumenströme ammoniakhaltig und/oder wasser- dampfhaltig ist.
6. Verfahren zum Betrieb eines Feuerungssystems (1 , 1a) zur Verbrennung eines festen, auf ein Brennstoffbett (6, 6a) zugeführten Brennstoffs (5, 5a) mit einer ersten Brennstufe (7, 7a) mit einer ersten Zufuhreinrichtung (9) zur Zufuhr eines ersten sauerstoffhaltigen Reaktionsgases (8) und einer zweiten Brennstufe (12, 12a) mit einer zweiten Zufuhreinrichtung (13) für eine Zufuhr eines zweiten sauerstoffhaltigen Reaktionsgases (14) in einen der ersten Brennstufe (7, 7a) nachfolgenden Abgasraum, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff (5, 5a) in der ersten Brennstufe (7, 7a) unter unter- stöchiometrischen Bedingungen zu einem ersten Volumenstrom oxidiert wird und durch Zufuhr eines zweiten, periodisch variierten Volumenstroms des zweiten Reaktionsgases (14) eine Nachverbrennung von Abgasen der ersten Brennstufe (7, 7a) zeitlich wechselnd unter unterstöchiometrischen und überstöchiometrischen Reaktionsbedingungen durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einander abwechselnden Zeitabständen (Äti , Ät2) der zweite Volumenstrom des zweiten Reaktionsgases (14) gesteigert und abgeschwächt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitabstände (Ät2) einer Steigerung des zweiten Volumenstroms gleich oder ungleich den Zeitabständen (Äti) einer Abschwächung des zweiten Volumenstroms sind.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Volumenstrom zeitabhängig in Rechteckform oder Sägezahnform variiert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oszillationsfrequenz (f) des zweiten Volumenstroms abhängig von einem Kohlenmonoxid- gehalt des Abgases gesteuert wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz auf einen Kohlenmonoxidgehalt kleiner 100 mg/Nm3, bevorzugt kleiner 50 mg/Nm3 eingestellt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine unvollständige Verbrennung des Brennstoffs (5, 5a) auf einen Restgehalt an Ammoniak im ersten Volumenstrom geregelt und/oder dem zweiten Volumenstrom Ammoniak beigemischt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Reaktionsgas (14) Wasserdampf beigemischt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Volumenstrom Anteile des ersten Volumenstroms beigemischt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reaktionsgas (8) moduliert betrieben wird.
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