Verfahren zur automatischen Steuerung der Verbrennungsluft in
Müllverbrennungsanlagen und Müllverbrennungsanlagen zur
Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automa tischen Steuerung der Verbrennungsluft in Müllverbrennungsanlagen, bei dem die gesamte benötigte Verbrennungsluft in zwei Teilmengen aufgeteilt und die eine Teilmenge als Erstluft zum Feuerbett geführt, hingegen die andere als Zweitluft in den Feuerraum eingeblasen wird.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Müllverbrennungsanlage zur Ausführung des Verfahrens.
Verfahren bzw. Einrichtungen zur automatischen Steuerung der Verbrennungsluftmengen in Abhängigkeit von den Verbrennungslufttemperaturen, vom CO2- oder CO-Gehalt der Abgase oder von der aufgegebenen Brennstoffmenge sind bereits bekannt und haben sich bei der Verbrennung von definierten Brennstoffen, wie z. B. Kohle, Koks, Heizöl, Holz usw., deren Heizwert und Verbrennungseigenschaften vorbestimmt sind und sich nicht wesentlich ändern, gut bewährt.
Bei der Verbrennung von Müll, bei der die Zusammensetzung des Brennstoffes jeweils nach Anteil, Art und Heizwert der verschiedenen Müllbestandteile dauernd wechselt, genügt jedoch eine solche Steuerung der Verbrennungsluft nicht. Vielmehr muss bei der Müllverbrennung die Verbrennungsluft in angepasstem, veränderlichem Verhältnis aufgeteilt werden in Unterwind, der in den Verbrennungsherd eingeblasen wird, und Zweitluft (Sekundärluft), die über das Feuerbett in den Feuerraum des Müllverbrennungsofens eingeführt wird.
Somit sind Verfahren bzw. Einrichtungen der eingangs genannten Art zur Steuerung der Verbrennungsluft in Müllverbrennungsanlagen bereits bekannt, diese lassen aber im Hinblick auf eine rationelle, vollständige und hygienische Verbrennung des Mülls immer noch erheblich zu wünschen übrig. Denn etweder ist der erforderliche Luftüberschuss zu gross, was einerseits die Betriebskosten erhöht und andererseits bei Müllverbrennungsöfen mit Wärmeverwertung die Nutzwärmeleistung verringert, im Grenzfall sogar die Verbrennungstemperatur unter das zulässige Mass erniedrigt, oder aber der Ausbrand ist nur unvollständig, was bei der Ablagerung der Verbrennungsrückstände auf Halden, abgesehen von den durch das grössere Rückstandsvolumen und Gewicht bedingten höheren Kosten für den Abtransport der Schlacken und dem ebenfalls entsprechend grösseren Platzbedarf auf der Schlackenhalde,
vor allem zur Bodenvergiftung, Grundwasserverseuchung, Luftverpestung sowie Ungeziefer- und Rattenplage, d. h. zu einer in mehracher Hinsicht gesundheitsschädlichen Umweltbeeinträchtigung führt.
Zweck der Erfindung ist, diese Nachteile zu beheben.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Erstluftmenge in Abhängigkeit mindestens von der durch einen der Müllfeuerung nachgeschalteten Rauchgaskühler abgeführten Rauchgaswärme gesteuert wird, dass ferner ein Anteil der Zweitluft so gesteuert wird, dass er die Erstluftmenge mindestens zum minimal notwendigen Verbrennungsluftüberschuss ergänzt, und dass ein weiterer Anteil der Zweitluft in Abhängigkeit von der Flammenhöhe im Feuerraum oder der hinter diesem herrschenden Rauchgastemperatur oder Rauchgaszusammensetzung gesteuert wird.
Die Müllverbrennungsanlage zur Ausführung des Verfahrens ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass sie drei einzeln für sich steuerbare Verbrennungsluftzuleitungen umfasst, von denen eine als Erstluftleitung zum Feuerbett führt, während die beiden anderen als Zweitluftleitungen in den Feuerraum münden, dass die Erstluftleitung durch mindestens ein an der Sekundärseite des als Wärmeaustauscher ausgebildeten Rauchgaskühlers angeordnetes Messgerät steuerbar ist und dass die eine Zweitluftleitung im gleichen Sinne wie die Erstluftleitung steuerbar ist, während die andere Zweitluftleitung durch ein am Ende des Feuerraumes angeordnetes Temperaturmess- oder Gasprüfgerät oder ein am Feuerraum angeordnetes Flammenhöhenmessgerät steuerbar ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
In einem Müllverbrennungsofen 1 wird der Müll über einen Aufgabeschacht 2 auf einen Aufgabe- und Dosierrost 3 aufgegeben und von diesem in einen Feuerraum 4 eingeführt. Dort wird der Müll auf zwei hintereinander angeordneten Verbrennungsrosten 5 und 6 verbrannt. Der zweite, als Ausbrandrost dienende Verbrennungsrost 6 wirft die Verbrennungsrückstände als Schlacken in einen Schlackenaustragsschacht 7 ab, von wo sie mittels einer Fördervorrich tung 8, vorzugsweise einer in einem Wasserbad angeordneten Kratzerkette, abtransportiert werden. Zwischen dem Aufgaberost 3 und dem ersten Verbrennungsrost 5 könnte ein Vortrocknungsrost angeordnet sein, sofern die Vortrocknung auf dem ersten Teil des ersten Verbrennungsrostes 5 nicht ausreicht.
Die durch die Müllverbrennung erzeugten Rauchgase durchströmen in Richtung des Pfeiles R Wärmeaustauschflächen eines der Feuerung nachgeschalteten Rauchgaskühlers 9 und treten an einer Stelle 10 aus dem Feuerraum 4 aus.
Der Rauchgaskühler 9 kann, ausser der notwendigen Rauchgaskühlung, auch zur Verwertung der von den heissen Müllverbrennungsgasen abgeführten Wärme dienen, wozu er als Dampfkessel oder sonstiger Heizkessel, z. B. für die Heisswassererzeugung, oder als Luftvorwärmer für die Verbrennungsluft ausgebildet sein kann. Der Rauchgaskühler 9 könnte aber auch nur zur Abführung der Rauchgaswärme, d. h. nur zur Wärmevernichtung, dienen, wobei z. B. Wasser oder Luft als sekundäres Wärmeträgermedium für die abzuführende Rauchgaswärme verwendet werden kann.
Die gesamte, zur Verbrennung des Mülls erforderliche Verbrennungsluft wird in zwei Teilmengen aufgeteilt, von denen die eine als Erstluft A über einen Lufteintritt 11 zum Feuerbett geführt, d. h. als Unterwind unter die beiden Verbrennungsroste 5 und 6 geblasen wird, während die andere Teilmenge als Zweitluft verwendet, jedoch in zwei Luftanteile B und C aufgeteilt wird, die über Eintrittsöffnungen 12 bzw. 13 oberhalb der beiden Verbrennungsroste 5 bzw. 6 in der Ofenseitenwand oder in den Stirnwänden in den Feuerraum 4 eingeblasen werden. Die beiden Luftanteile B und C der Zweitluft können für eine beidseitige Einblasung über beide Ofenseitenwände vorzugsweise nochmals, jeder für sich hälftig, aufgeteilt werden.
Die Erstluftmenge A wird in Abhängigkeit von der über den Rauchgaskühler 9 abgeführten Rauchgaswärme gesteuert, während der erste Anteil B der Zweitluft so gesteuert wird, dass er die Erstluftmenge A mindestens zum minimal notwendigen Verbrennungsluftüberschuss ergänzt, und der andere Anteil C der Zweitluft in Abhängigkeit von der Flammenhöhe im Feuerraum oder der hinter diesem herrschenden Rauchgastemperatur oder Rauchgaszusammensetzung gesteuert wird.
Wenn der erste Anteil B der Zweitluft so gesteuert wird, dass er die Erstluftmenge A zum minimal notwendigen Verbrennungsluftüberschuss ergänzt, so bedeutet dies also, dass der erste Anteil B der Zweitluft im gleichen Sinne wie die als Unterwind verwendete Erstluftmenge A verändert d. h.
gesteuert wird, wobei jedoch das Verhältnis von Unterwind (Erstluftmenge A) und erstem Zweitluftanteil B über eine geeignete Vorrichtung, z. B. über eine Kurvenscheibe, variiert werden kann.
Wenn der Rauchgaskühler 9 als der Müllfeuerung nach- geschalteter Dampfkessel ausgebildet ist, kann die über ihn abgeführte Rauchgaswärme als Nutzdampfproduktion des Dampfkessels gemessen und mit dieser Messgrösse die Erstluftmenge A gesteuert werden.
Ist für die Müllverbrennungsanlage eine anderweitige Wärmeverwertung vorgesehen, d. h. der Rauchgaskühler 9 z. B. als Heizkessel mit geregelten Temperaturen für eine Heisswassererzeugung oder als Luftvorwärmer eingerichtet, so kann die über ihn abgeführte Rauchgaswärme als Durchflussmenge des zur Verwertung der Müllverbrennungswärme mittels der heissen Rauchgase im Rauchgaskühler 9 zu beheizenden Mediums, sei dies nun Wasser oder Luft, gemessen und mit dieser Messgrösse die Erstluftmenge A gesteuert werden.
Wenn aber keine Wärmeverwertung in der Müllverbrennungsanlage vorgesehen ist, d. h. der Rauchgaskühler nur zur Abführung der Rauchgaswärme aus dem Verbrennungsofen dient, dann kann die abgeführte Rauchgaswärme als Zuflussmenge des dann nur zur Wärmevernichtung dienenden Rauchgaskühlmediums, sei dieses nun z. B. zum Rauchgaskühler 9 strömendes Wasser oder Luft, gemessen und mit dieser Messgrösse die Erstluftmenge A gesteuert werden.
Die über den Rauchgaskühler 9 abgeführte Rauchgaswärme kann auch als Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturen des durch ihn in geregelter Menge hindurch- geführten sekundären Wärmeträgermediums bei seinem Eintritt in den und Austritt aus dem als Rauchgaskühler benutzten Wärmeaustauscher gemessen und diese Temperaturdifferenz als Messgrösse für die Steuerung der Erstluftmenge A verwendet werden. Hierbei kann der Rauchgaskühler 9 von Wasser oder Luft als sekundärem Wärmeträger durchströmt werden, wobei er entweder, z. B. als Heizkessel für die Heisswassererzeugung oder als Luftvorwärmer, für eine Wärmeverwertung verwendet werden oder aber nur zur Wärmevernichtung dienen kann.
Es könnten aber auch sowohl die Durchflussmenge des zur Abführung der Müllverbrennungswärme über den Rauchgaskühler 9 dienenden Wärmeträgermediums als auch -die Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturen dieses Wärmeträgers bei seinem Eintritt in den und seinem Austritt aus dem als Rauchgaskühler benutzten Wärmeaustauscher gemessen und diese beiden Leitgrössen zur Steuerung der Erstluftmenge A verwendet werden. Auch hierbei kann der Rauchgaskühler 9, z. B. als Heisswasserkessel oder Luftvorwärmer, abgesehen von der Abführung der Rauchgaswärme aus dem Müllverbrennungsofen, zugleich auch der Wärmeverwertung dienen oder aber nur zu einer Wärmevernichtung verwendet werden.
Der erste Anteil B der Zweitluft kann als Grundanteil der Summe aus der Erstluftmenge A und dem ersten Anteil B der Zweitluft konstant gehalten werden.
Der erste Anteil B der Zweitluft könnte aber auch in Abhängigkeit von der Erstluftmenge A gesteuert werden.
Andererseits könnte der erste Anteil B der Zweitluft in Abhängigkeit von der gleichen Messgrösse wie die Erstluftmenge A gesteuert werden.
Abgesehen von der schon erwähnten Steuerung der Erstluftmenge A in Abhängigkeit von der durch den Rauchgaskühler abgeführten Rauchgaswärme, könnte die Erstluftmenge A zusätzlich auch noch in Abhängigkeit vom Mülldurchsatz oder Feuerbettvorschub oder von der bei der Müllverbrennung erreichten Ausbrandgüte als weitere Leitgrösse gesteuert werden. Bei dieser zusätzlichen Steuerung kann also die gewogene, aufgegebene Müllmenge bzw. die Vorschubgeschwindigkeit der Verbrennungsroste 5 und 6 bzw. die Vorschubgeschwindigkeit des Aufgabe- und Dosierrostes 3 oder die Geschwindigkeit oder Hubzahl usw. eines anderen Aufgabe- oder Dosierapparates als Leitgrösse verwendet werden.
Hierbei könnte die Erstluftmenge A zusätzlich zonenweise in Abhängigkeit von einer der drei vorgenannten Leitgrössen, nämlich dem Mülldurchsatz, Feuerbettvorschub oder dem bei der Müllverbrennung erreichten Ausbrandgrad, oder aber auch vom Flammenbild im Feuerraum 4 gesteuert werden. Der Ausbrand in der Schlacke kann durch
Analysen oder durch Messung des Schwärzegehaltes auf dem Ausbrandrost 6 laufend ermittelt werden, während das
Flammenbild photometrisch undloder durch in Zeitabständen mittels einer automatischen Filmkamera erfolgendes automatisches Photographieren der Flamme laufend erfasst werden kann.
Der andere Anteil C der Zweitluft kann als dritte Teil menge der gesamten Verbrennungsluft in Abhängigkeit von der Flammenhöhe im Feuerraum 4 oder der hinter diesem herrschenden Rauchgastemperatur oder Rauchgaszusammensetzung gesteuert werden. Hierbei kann die Rauchgastemperatur mittels eines in bzw. hinter dem Rauchgasaustritt 10 des Feuerraumes 4 angeordneten Temperaturfühlers laufend abgetastet werden, während die Rauchgaszusammensetzung am Ende des Feuerraumes 4 durch laufende Messung des 02, CO- oder CO2-Gehaltes erfasst werden kann
Art, Wirkungsweise und Anordnung der bei dem zuvor beschriebenen Verfahren zur automatischen Steuerung der Verbrennungsluft in Müllverbrennungsanlagen benutzten Mess- und Regelgeräte sind allgemein bekannt und brauchen daher nicht besonders erläutert zu werden.
Dem vorgeschlagenen Verfahren liegt die grundsätzliche Überlegung zugrunde, dass, ausgehend von der Tatsache, dass bei einer Verbrennung von Müll die Verbrennungsluft in unter die Verbrennungsroste einzublasenden Unterwind und über diesen in den Feuerraum einzuführende Zweitluft (Sekundärluft) aufgeteilt wird, die zur Verbrennung benötigte Luft nicht nur von einer einzigen Leitgrösse gesteuert werden kann und darf, wenn ein den jeweils herrschenden Verbrennungsverhältnissen unter möglichst geringem Zeitverzug optimal angepasster Verbrennungslufthaushalt in der Müllverbrennungsanlage erreicht werden soll, was nunmehr dank des vorgeschlagenen Steuerungsverfahrens weitestgehend ermöglicht wird.
Process for the automatic control of the combustion air in
Waste incineration plants and waste incineration plants for
Implementation of the procedure
The invention relates to a method for automatic control of the combustion air in waste incineration plants, in which the entire required combustion air is divided into two subsets and one subset is routed to the fire bed as first air, while the other is blown into the furnace as secondary air.
The invention also relates to a waste incineration plant for carrying out the method.
Processes and devices for automatically controlling the amount of combustion air as a function of the combustion air temperatures, the CO2 or CO content of the exhaust gases or the amount of fuel given are already known and have proven themselves in the combustion of defined fuels, such as. B. coal, coke, fuel oil, wood, etc., the calorific value and combustion properties of which are predetermined and do not change significantly, well proven.
In the case of waste incineration, where the composition of the fuel changes constantly according to the proportion, type and calorific value of the various waste components, such control of the combustion air is not sufficient. Rather, in the case of waste incineration, the combustion air must be divided in an adapted, variable ratio into lower wind, which is blown into the combustion hearth, and secondary air, which is introduced into the combustion chamber of the waste incinerator via the fire bed.
Thus, methods and devices of the type mentioned above for controlling the combustion air in waste incineration plants are already known, but they still leave much to be desired with regard to an efficient, complete and hygienic incineration of the waste. Because either the required excess air is too great, which on the one hand increases the operating costs and on the other hand reduces the useful heat output in waste incineration ovens with heat recovery, in borderline cases even lowering the combustion temperature below the permissible level, or the burnout is only incomplete, which is due to the deposition of the combustion residues Dumps, apart from the higher costs for the removal of the slag due to the larger residue volume and weight and the correspondingly larger space requirement on the slag dump,
especially for soil poisoning, groundwater contamination, air pollution as well as vermin and rat plagues, d. H. leads to environmental damage that is harmful to health in several respects.
The purpose of the invention is to remedy these disadvantages.
The method according to the invention is characterized in that the first air quantity is controlled as a function of at least the flue gas heat dissipated by a flue gas cooler connected downstream of the waste incineration system, that a proportion of the secondary air is further controlled in such a way that it supplements the first air quantity at least to the minimum necessary combustion air excess, and that a further proportion of the secondary air is controlled depending on the flame height in the combustion chamber or the flue gas temperature or flue gas composition behind it.
The waste incineration plant for carrying out the method is characterized according to the invention in that it comprises three individually controllable combustion air supply lines, one of which leads as a primary air line to the fire bed, while the other two lead as secondary air lines into the combustion chamber, the primary air line through at least one on the secondary side of the flue gas cooler designed as a heat exchanger can be controlled and that one secondary air line can be controlled in the same way as the primary air line, while the other secondary air line can be controlled by a temperature measuring or gas testing device located at the end of the combustion chamber or a flame height measuring device located at the combustion chamber.
An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing.
In a refuse incinerator 1, the refuse is fed via a feed chute 2 onto a feed and metering grate 3, from where it is introduced into a furnace 4. There the garbage is burned on two incineration grates 5 and 6 arranged one behind the other. The second combustion grate 6, which serves as a burnout grate, throws the combustion residues as slag into a slag discharge shaft 7, from where they are transported away by means of a conveyor 8, preferably a scraper chain arranged in a water bath. A pre-drying grate could be arranged between the feed grate 3 and the first combustion grate 5, if the pre-drying on the first part of the first combustion grate 5 is not sufficient.
The flue gases generated by the waste incineration flow in the direction of arrow R through heat exchange surfaces of a flue gas cooler 9 connected downstream of the furnace and emerge from the furnace 4 at a point 10.
The flue gas cooler 9 can, in addition to the necessary flue gas cooling, also serve to utilize the heat dissipated from the hot waste incineration gases, for which it is used as a steam boiler or other heating boiler, e.g. B. for hot water production, or as an air preheater for the combustion air. The flue gas cooler 9 could also only be used to dissipate the flue gas heat, d. H. serve only for heat destruction, with z. B. water or air can be used as a secondary heat transfer medium for the flue gas heat to be removed.
The entire combustion air required for incineration of the garbage is divided into two partial quantities, one of which is fed as first air A via an air inlet 11 to the fire bed, i. H. is blown under the two combustion grids 5 and 6 as an underwind, while the other part is used as secondary air, but is divided into two air portions B and C, which are fed via inlet openings 12 and 13 above the two combustion grids 5 and 6 in the furnace side wall or in the end walls are blown into the combustion chamber 4. The two air portions B and C of the secondary air can preferably be divided again, each in half, for a two-sided injection over both furnace side walls.
The first air amount A is controlled depending on the flue gas heat dissipated via the flue gas cooler 9, while the first portion B of the second air is controlled in such a way that it supplements the first air volume A at least to the minimum necessary combustion air excess, and the other portion C of the second air depending on the Flame height in the furnace or the flue gas temperature or flue gas composition prevailing behind it is controlled.
If the first portion B of the second air is controlled in such a way that it supplements the first air quantity A to the minimally necessary excess combustion air, this means that the first portion B of the second air changes in the same way as the first air quantity A used as underwind d. H.
is controlled, but the ratio of underwind (first air volume A) and first second air portion B via a suitable device, e.g. B. can be varied via a cam.
If the flue gas cooler 9 is designed as a steam boiler downstream of the refuse furnace, the flue gas heat dissipated via it can be measured as useful steam production of the steam boiler and the first air quantity A can be controlled with this measured variable.
Is another heat recovery planned for the waste incineration plant, d. H. the flue gas cooler 9 z. B. set up as a heating boiler with regulated temperatures for hot water production or as an air preheater, the flue gas heat dissipated via it can be measured as the flow rate of the medium to be heated to utilize the waste incineration heat by means of the hot flue gases in the flue gas cooler 9, be it water or air the first air quantity A can be controlled with this measured variable.
But if no heat recovery is planned in the waste incineration plant, d. H. the flue gas cooler only serves to dissipate the flue gas heat from the combustion furnace, then the dissipated flue gas heat can be used as an inflow of the flue gas cooling medium, which is then only used for heat destruction. B. to the flue gas cooler 9 flowing water or air, measured and the first air quantity A can be controlled with this measured variable.
The flue gas heat dissipated via the flue gas cooler 9 can also be measured as the temperature difference between the temperatures of the secondary heat transfer medium passed through it in a regulated amount when it enters and exits the heat exchanger used as a flue gas cooler, and this temperature difference can be measured as a measured variable for controlling the first air volume A. be used. Here, the flue gas cooler 9 can be flowed through by water or air as a secondary heat transfer medium, wherein it either, for. B. can be used as a boiler for hot water production or as an air preheater, for heat recovery or can only be used for heat destruction.
But it could also measure both the flow rate of the heat transfer medium used to dissipate the waste incineration heat via the flue gas cooler 9 and the temperature difference between the temperatures of this heat transfer medium when it enters and exits the heat exchanger used as a flue gas cooler, and these two guide variables for controlling the First air volume A can be used. Here too, the flue gas cooler 9, for. B. as a hot water boiler or air preheater, apart from the dissipation of the flue gas heat from the waste incinerator, at the same time also serve the heat recovery or can only be used for heat destruction.
The first portion B of the second air can be kept constant as a basic portion of the sum of the first air quantity A and the first portion B of the second air.
The first portion B of the secondary air could, however, also be controlled as a function of the primary air quantity A.
On the other hand, the first portion B of the second air could be controlled as a function of the same measured variable as the first air quantity A.
Apart from the already mentioned control of the initial air volume A depending on the flue gas heat dissipated by the flue gas cooler, the initial air volume A could also be controlled as a further guide variable depending on the garbage throughput or fire bed feed or the burnout quality achieved during the garbage incineration. With this additional control, the weighed amount of waste or the feed speed of the combustion grates 5 and 6 or the feed speed of the feed and metering grate 3 or the speed or number of strokes etc. of another feeding or metering apparatus can be used as a guide variable.
The initial air quantity A could also be controlled in zones depending on one of the three aforementioned guide variables, namely the waste throughput, fire bed feed or the degree of burnout achieved during waste incineration, or also on the flame pattern in the combustion chamber 4. The burnout in the slag can through
Analyzes or by measuring the blackness content on the burnout grate 6 are continuously determined, while the
The flame image can be recorded photometrically and / or by continuously taking pictures of the flame automatically at time intervals using an automatic film camera.
The other portion C of the secondary air can be controlled as a third part of the total combustion air as a function of the flame height in the furnace 4 or the flue gas temperature or flue gas composition behind it. The flue gas temperature can be continuously scanned by means of a temperature sensor arranged in or behind the flue gas outlet 10 of the combustion chamber 4, while the flue gas composition at the end of the combustion chamber 4 can be recorded by continuously measuring the O2, CO or CO2 content
The type, mode of operation and arrangement of the measuring and control devices used in the previously described method for automatic control of the combustion air in waste incineration plants are generally known and therefore do not need to be specifically explained.
The proposed method is based on the fundamental consideration that, based on the fact that when garbage is incinerated, the combustion air is divided into underwinds to be blown under the combustion grates and secondary air (secondary air) to be introduced into the combustion chamber via this, the air required for combustion is not can and may only be controlled by a single reference variable if a combustion air balance that is optimally adapted to the prevailing combustion conditions with the least possible delay is to be achieved in the waste incineration plant, which is now largely possible thanks to the proposed control method.