DE10063206C2 - Feststoff-Brennkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Feststoff-Brennkammer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Feststoff-Feuerungen, insbesondere mit Biomasse befeuerte Rostfeueranlagen im Leistungsbereich von etwa 0,5 bis 20 MW, sind immer noch technisch unausgereift. Abhängig vom Brennstoff liegen die Probleme in einer unzureichenden Verbrennungstemperaturkontrolle, die im unvollständigen Ausbrand der Rauchgase vor Eintritt in den Wärmeübertra­ ger und das mögliche Nachverbrennen in diesem, die unzureichende Verbrennungsqualität, die durch hohe Kohlenmon­ oxidgehalte im Abgas gekennzeichnet ist, der unnötig hohe Stickstoffgehalt im Abgas und die Verbrennung mit einem hohen, den Wirkungsgrad reduzierenden Luftüberschuß. Es ergibt sich daraus das Problem der eingeschränkten Anla­ genverfügbarkeit durch die erforderliche Reinigung der Feuerräume und Heizflächen von anhaftender Schlacke im Betriebsstillstand, die hohe Rauchgasemission bei der Verbrennung von Biomasse und die hohen Abgaseverluste.

Aus der DE 40 27 908 A1 ist eine Feststoff-Brennkammer bekannt, die mit einer benachbart zu dem Brennstoff- Einlaß angeordneten Reaktionsgas-Düse versehen ist. Die DE 42 19 231 C1 zeigt eine Feststoff-Brennkammer, an deren Decke nach unten weisende Reaktionsgas-Düsen angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fest­ stoff-Brennkammer mit reduzierter Stickstoffemission, vollständigem Ausbrand der Rauchgase in allen Lastberei­ chen vor dem Austritt aus dem Feuerraum und Unempfind­ lichkeit gegen Heizwertschwankungen zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche geben vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

Die gezielte Eindüsung von Reaktionsgas (bei dem es sich um reine Verbrennungsluft, um reines Abgaszirkulationsgas oder einer Mischung beider handeln kann) in den Feuerraum bewirkt eine interne Zirkulation der Verbrennungsgase. Dies geschieht durch die spezifische Anordnung, Ausrich­ tung und Abstimmung der Austrittsgeschwindigkeit der Gas­ düsen für die Reaktionsgaszufuhr. Die Zirkulationsströ­ mung entspricht in der Form, Ausbreitung und Zusammensetzung einer Flammen-, Heißgas- und Reaktionsgaswalze und wird im folgenden als Flammenwalze bezeichnet.

Die Walzenachse liegt quer oberhalb des Brennstoffbettes. Die Flammenwalze strömt über dem Glutbett mit und im Deckenbereich des Feuerraums gegen die Brennstoff- Transportrichtung. So überstreicht sie im Gleichstrom die prozeßtechnischen Bereiche Trocknung, Entgasung, Verga­ sung, Zündung und Verbrennung. Die Erzeugung der Flammen­ walze erfolgt durch die Eindüsung von Reaktionsgas: im Deckenbereich durch im wesentlichen parallel zu der Decke oder um wenige Grad (maximal 10°) zu dieser geneigte er­ ste Reaktionsgasdüsen entgegen der Brennstoffrichtung ausströmend und durch in etwa parallel zum Brennstoff­ einfalls- oder auch Brennstoffböschungswinkel ausströmen­ de zweite Reaktionsgasdüsen, sowie durch im Seitenwandbe­ reich beidseitig durch einen Winkel von ca. 15° bis 30° zur Feuerraummittenachse geneigte Reaktionsgasdüsen.

Die Reaktionsgasaustrittsgeschwindigkeit der Gasdüsen und Reaktionsgasmengen sind auf die Feuerraumabmessungen ab­ zustimmen.

Die sich ausbildende Flammenwalze erfüllt dabei mehrere Funktionen: Sie dient als Wärmeträgermedium, das die Wär­ me der in der Flammenwalze oxidierenden Reaktionsgase in den Bereich der endothermen Prozeßstufen Trocknung, Ent­ gasung, Vergasung überträgt und somit den Prozeß in die­ sen Zonen deutlich beschleunigt und somit stabilisiert.

Der Wärmetransport vermindert die Entstehung von Stick­ oxiden aus im Brennstoff enthaltenen Stickstoffverbindun­ gen. Das Problem der Bildung von (HCN) mit dem Reaktions­ zwischenprodukt CH₄ (Methan) wird vermieden, weil Methan oberhalb von 1000°C zerfällt.

Die Flammenwalze dient als zusätzlicher Reaktionsraum, der die unverbrannten Reaktionsgase der Prozeßstufen Trocknung, Entgasung, Vergasung und Verbrennung in der "heißen" Flammenwalze führt und einschließt, so daß diese schon im vorderen Bereich der Brennkammer oxidiert wer­ den.

Als physisches Medium "Wand", die den Übergang der unver­ brannten Reaktionsgase aus den Prozeßstufen Trocknung, Entgasung, Vergasung und Verbrennung aus dem Feuerraum erschwert.

Die Kühlung im Deckenbereich des Feuerraums mit "kalt" eingedüstem Reaktionsgas verhindert unkontrollierte Tem­ peraturnester, die mit Temperaturen von über 1200°C zu Ascheanbackungen und erhöhten Stickstoffemissionen füh­ ren.

Die Flammenwalze unterstützt die natürliche Gasströmung der Verbrennungsführung, die daher auch bei geringen Re­ aktionsgasmengen aufrecht erhalten werden kann. Damit ist dieses Verfahren über einen weiten Regelbereich von 40 bis 100% der ausgelegten Nennfeuerungsleistung wirksam.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch wieder­ gibt.

Die Brennstoffkammer bildet einen Feuerraum 10 aus. Sie ist mit einer in der Figur links in einer Seitenwand aus­ gebildeten Brennstoffaufgabe 12 versehen. Die Primärluft wird von unten über einen Rost gesteuert zugeführt. Der Rost 14 ist als von der Seite der Brennstoffaufgabe 12 zu dem Ascheauslaß 18 schräg nach unten verlaufender Vorschubrost ausgebildet, der auf Rost 14 aufliegende feste Brennstoff wird dem zunehmenden Ausbrand entsprechend von links nach rechts hin zu dem Ascheauslaß 18 weitergescho­ ben. Die Abgase werden durch die Abgasabfuhr 16 abge­ führt, die Wärme der Abgase wird in einem Wärmetauscher oder dgl. genutzt zum Aufheizen von Wasserdampf oder dgl.

Um einen optimalen Ausbrand zu bewirken, wird in dem Feu­ erraum eine in der Zeichnung mit einem ovalen Kreis ange­ deutete Flammenwalze gebildet. Zu diesem Zweck ist wenig­ stens eine erste Reaktionsgasdüse 20 im wesentlichen par­ allel zu der Decke des Feuerraums verlaufend angeordnet. Durch diese wird Verbrennungsluft oder aber Abgaszirkula­ tionsgas oder eine Mischung aus beidem in den Feuerraum eingedüst. Wenigstens eine zweite Reaktionsgasdüse 22 ist in der Zeichnung oberhalb der Brennstoffaufgabe 12 nach unten gerichtet angeordnet. Dritte Reaktionsgasdüsen sind in den Seitenwandungen derselben Seitenwandungen des Feuerraums oberhalb des Rostes angeordnet. Die Anordnung dieser ersten, zweiten und dritten Reaktionsgasdüsen bewirken eine Ausbildung der zirkulierenden Flammenwalze und damit das optimale Ausbrennen des Brennstoffs.

Claims (4)

1. Feststoff-Brennkammer, mit einem Feuerraum (10), einer Brennstoffaufgabe (12), einer Primärluftzufuhr, einer Reaktionsgaszufuhr, einem Rost (14), einer Abgas­ abfuhr (16) und einem Ascheauslaß (18), wobei in der Decke der Brennkammer zwischen der Brennstoffaufgabe (12) und der Abgasabfuhr (16) wenigstens eine erste Reaktionsgasdüse (20) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine erste Reaktionsgasdüse (20) im wesentlichen parallel zu der Decke auf die Brennstoffaufgabe (12) hin gerichtet ist und die Ausbildung einer in dem Feuerraum (10) zirku­ lierenden Feuerwalze bewirkt.

2. Feststoff-Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Brennstoffaufgabe (12) benachbart wenigstens eine nach unten gerichtete zweite Reaktionsgasdüse (22) vorgesehen ist.

3. Feststoff-Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Seitenwandungen der Brennkammer oberhalb des Rostes (14) zu diesem parallel gegen die Richtung der ersten Düsen (20) gerichtete dritte Reaktionsgasdüsen (24) angeordnet sind.

4. Feststoff-Brennkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost (14) als von der Seite der Brennstoffaufgabe (12) zu dem Ascheauslaß (18) schräg nach unten verlaufender Vor­ schubrost ausgebildet ist.