DE10063206C2 - Solid-combustion chamber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Feststoff-Brennkammer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a solid combustion chamber with the Features of the preamble of claim 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.Solid fuel firing, especially fired with biomass Grate firing systems in the power range from about 0.5 to 20 MW, are still technically immature. Depending on the The problems lie in an insufficient fuel Combustion temperature control, which is incomplete Burning out of the flue gases before entering the heat transfer ger and the possible afterburning in this, the insufficient  Combustion quality caused by high carbon mon oxide content in the exhaust gas is marked, the unnecessarily high Nitrogen content in the exhaust gas and combustion with one high excess air reducing efficiency. It this results in the problem of restricted investment gene availability through the necessary cleaning of the Fireboxes and heating surfaces of adhering slag in the Downtime, the high flue gas emissions at the Combustion of biomass and the high exhaust gas losses.

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.DE 40 27 908 A1 is a solid combustion chamber known with an adjacent to the fuel Inlet arranged reaction gas nozzle is provided. The DE 42 19 231 C1 shows a solid combustion chamber the ceiling of the reaction gas nozzles pointing downwards are arranged.

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.The invention has for its object a hard combustion chamber with reduced nitrogen emissions, complete combustion of the flue gases in all load areas before leaving the combustion chamber and insensitivity to create flexibility against fluctuations in calorific value.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche geben vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Erfindung an.According to the invention, this object is achieved through the features of Main claim solved, the sub-claims give advantage stick embodiments of the invention.

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.The targeted injection of reaction gas (which is pure combustion air, pure exhaust gas circulation gas or a mixture of both can act) in the firebox causes internal combustion gases to circulate. This is done through the specific arrangement, alignment and adjustment of the gas outlet speed nozzles for the reaction gas supply. The circulation flows Mung corresponds in form, spread and composition  a flame, hot gas and reaction gas roller and is referred to below as a flame roller.

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.The roller axis lies transversely above the fuel bed. The flame roller flows over and over the ember bed Ceiling area of the firebox against the fuel Transport direction. So she sweeps in direct current process technology areas drying, degassing, gasification solution, ignition and combustion. The generation of the flames roller takes place through the injection of reaction gas: in Ceiling area by essentially parallel to the ceiling or by a few degrees (maximum 10 °) to this inclined reaction gas nozzles opposite the fuel direction escaping and through roughly parallel to the fuel outflow angle of incidence or also fuel angle de second reaction gas nozzles, as well as in the side wall rich on both sides through an angle of approx. 15 ° to 30 ° Reaction gas nozzles inclined to the center of the combustion chamber.

Die Reaktionsgasaustrittsgeschwindigkeit der Gasdüsen und Reaktionsgasmengen sind auf die Feuerraumabmessungen ab­ zustimmen.The reaction gas outlet speed of the gas nozzles and Reaction gas quantities depend on the dimensions of the combustion chamber agree.

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.The developing flame roller fulfills several Functions: It serves as a heat transfer medium that the heat me of the reaction gases oxidizing in the flame roller the area of the endothermic process stages drying, Ent gassing, gasification transmits and thus the process in the Zones significantly accelerated and thus stabilized.

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. The heat transport reduces the formation of nitrogen oxides from nitrogen compounds contained in the fuel. The problem of the formation of (HCN) with the intermediate CH ₄ (methane) is avoided because methane decomposes above 1000 ° C.

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.The flame roller serves as an additional reaction space, the the unburned reaction gases of the process stages Drying, degassing, gasification and combustion in the "hot" flame roller leads and encloses, so that this who oxidizes in the front area of the combustion chamber the.

Als physisches Medium "Wand", die den Übergang der unver­ brannten Reaktionsgase aus den Prozeßstufen Trocknung, Entgasung, Vergasung und Verbrennung aus dem Feuerraum erschwert.As a physical medium "wall", which marks the transition from the un burned reaction gases from the drying process stages, Degassing, gasification and combustion from the combustion chamber difficult.

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.Cooling in the ceiling area of the firebox with "cold" injected reaction gas prevents uncontrolled tem peraturnests that with temperatures above 1200 ° C too Ash build-up and increased nitrogen emissions 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.The flame roller supports the natural gas flow the combustion control, which is therefore also at low Re Action gas quantities can be maintained. So that is this procedure over a wide control range of 40 effective up to 100% of the nominal combustion output.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch wieder­ gibt.The invention is explained with reference to a drawing which an embodiment of the invention schematically again gives.

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.The fuel chamber forms a combustion chamber 10 . It is provided with a fuel feed 12 formed on the left in a side wall in the figure. The primary air is fed from below through a grate. The grate 14 is formed as from the side of the fuel feed 12 to the ash outlet 18 obliquely downward moving grate, the solid fuel resting on grate 14 is pushed to the ash outlet 18 according to the increasing burnout ben to the ash outlet. The exhaust gases are abge leads through the exhaust gas discharge 16 , the heat of the exhaust gases is used in a heat exchanger or the like. For heating water vapor or the like.

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.In order to achieve an optimal burnout, a flame roller indicated in the drawing with an oval circle is formed in the fire space. For this purpose, at least a first reaction gas nozzle 20 is arranged to run essentially par allel to the ceiling of the combustion chamber. Through this combustion air or exhaust gas circulation gas or a mixture of both is injected into the combustion chamber. At least one second reaction gas nozzle 22 is arranged in the drawing above the fuel feed 12 facing downwards. Third reaction gas nozzles are arranged in the side walls of the same side walls of the combustion chamber above the grate. The arrangement of these first, second and third reaction gas nozzles results in the formation of the circulating flame roller and thus the optimal burning out of the fuel.

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.1. solid combustion chamber, with a combustion chamber ( 10 ), a fuel feed ( 12 ), a primary air supply, a reaction gas supply, a grate ( 14 ), an exhaust gas discharge ( 16 ) and an ash outlet ( 18 ), being in the ceiling of the combustion chamber at least one first reaction gas nozzle (20) is provided between the fuel feed (12) and the exhaust gas discharge (16), characterized in that the at least one first reaction gas nozzle (20) is directed substantially parallel to the blanket on the fuel feed (12) to and the formation of a circulating fire roller in the combustion chamber ( 10 ). 2. Feststoff-Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Brennstoffaufgabe (12) benachbart wenigstens eine nach unten gerichtete zweite Reaktionsgasdüse (22) vorgesehen ist.2. Solid combustion chamber according to claim 1, characterized in that at least one downwardly directed second reaction gas nozzle ( 22 ) is provided adjacent to the fuel feed ( 12 ). 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.3. Solid combustion chamber according to claim 1 or 2, characterized in that in the side walls of the combustion chamber above the grate ( 14 ) to this parallel to the direction of the first nozzles ( 20 ) directed third reaction gas nozzles ( 24 ) are arranged. 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.4. Solid combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the grate ( 14 ) is designed as from the side of the fuel feed ( 12 ) to the ash outlet ( 18 ) obliquely downward before grate.