DE3025851A1 - Rostfeuerung - Google Patents
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Description
Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung der NO -Emission bei Großfeuerungen
Ji
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung der NO -Emission bei Großfeuerungen sowie
auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die stetig wachsende1 Umweltbelastung hat dazu geführt,
daß man bei Großfeuerungen auf eine möglichst geringe Stickoxid-Emission achtet. Die Stickoxid-Bildung hängt
im wesentlichen einerseits vom verwendeten Brennstoff und andererseits von der Verbrennungstemperatur ab.
Mit zunehmender Verweilzeit und zunehmendem Luftüberschuß im Bereich hoher Temperaturen wird die Stickoxidbildung
begünstigt.
Zur Verminderung der Stickoxid-Emission ist es bekannt, die Temperatur im Feuerungsraum bzw. in unmittelbarer
Umgebung der im Feuerungsraum stattfindenden Verbrennung nicht über einen bestimmten Betrag ansteigen zu lassen,
da es bekannt ist, daß die NO -Bildung ab einer be-
Ji
stimmten kritischen Temperatur sehr stark ansteigt. Es liegen demnach Bemühungen vor, die Verbrennungstemperatur-.möglichst
unter diesem kritischen Wert zu halten, was einerseits durch Rauchgasrückführung und andererseits
durch einen erhöhten Luftüberschuß erzielt wird. Beide bekannten Verfahren weisen einen wesentlichen
Nachteil auf, der darin besteht, daß die zu fördernde und zu entstaubende Gasmenge wesentlich ansteigt, wodurch
es erforderlich ist, ein wesentlich größeres Elektrofilter und auch größere Fördergebläse mit ent-
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sprechend höherem Energieaufwand zu installieren. Bei der Rauchgasrückführung tritt noch ein zusätzlicher Nachteil
ein/ der darin zu sehen ist, daß entsprechende Rohrleitungen vorgesehen werden müssen» die wegen der unvermeidlichen
Temperaturschwankungen häufig zu Undichtigkeiten neigen, was in Verbindung mit dem notwendigen Überdruck,
mit dem die Rauchgase in den Feuerungsraum eingeblasen werden müssen, zu einem Austreten von Rauchgasen in das
Kesselhaus führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Absenkung der Verbrennungstemperatur
unter einen bestimmten Wert zu erreichen, ab welchem eine besonders starke Stickoxid-Bildung einsetzt,
um somit die NO -Emission zu vermindern und zwar ohne daß größere Staubfilter und größere Fördergebläse
für die abzuführenden Rauchgase erforderlich wären.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine über die Feuerlänge verteilte, zonenweise Zuführung von Wasserdampf
in die Brennschicht zusammen mit der Verbrennungsluft, wobei die einzelnen Zonen unabhängig voneinander
in Abhängigkeit vom NO -Gehalt in den Rauchgasen mit Wasserdampf beaufschlagbar sind.
Durch die Verwendung von Wasserdampf als Ballastmedium zur Absenkung der Verbrennungstemperatur im Feuerungsraum wird der wesentliche Vorteil erzielt, daß aufgrund
der sehr hohen spezifischen Wärme von Wasserdampf sehr viel Wärme den Verbrennungsprozeß bei einem vergleichbaren
kleinen Volumen des zuzuführenden Wasserdampfes entzogen werden kann, wodurch die Verbrennungstemperatur auf einen
Wert abgesenkt werden kann, bei welchem sich nur sehr geringe Mengen an Stickoxiden bilden. Darüber hinaus ist
die Handhabung des zuzuführenden Wasserdampfes wesent-,
lieh einfacher als die Rauchgasrückführung, da die^,zu
verwendenden Rohre einen wesentlich geringeren Querschnitt
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aufweisen, weshalb auch entsprechend kleine Ventile verwendet werden können, so daß sich aus konstruktiver Sicht
ein wesentlich geringerer Aufwand ergibt. Aufgrund der verhältnismäßig geringen Volumenvergrößerung der Rauchgase, die auf die Wasserdampfzuführung zurückzuführen
ist, ergibt sich in den allermeisten Fällen nicht die Notwendigkeit, das für die ursprüngliche Rauchgasmenge
vorgesehene Entstaubungsfilter zu vergrößern. Auch ist es in den meisten Fällen nicht notwendig, größere Gebläse
für das Abziehen der Rauchgase vorzusehen. Durch die Befeuchtung der Rauchgase infolge der Wasserdampfzuführung
wird sogar der bekannte Effekt genutzt, daß der Wirkungsgrad des elektrischen Entstaubungsfliters erhöht wird.
Die Verminderung der NO -Emission wird mit besonders wirtschaftlichen Mitteln dann erreicht, wenn in Weiterbildung
der Erfindung der einzuführende Wasserdampf als Abdampf dem Prozeßkreislauf des der Feuerung zugeordneten
Dampfkessels entnommen wird. Dieser Abdampf, der mit einem Druck von 1,5 bis 2,0 bar und einer Sättigungstemperatur von ungefähr 110 bis 120° zur Verfügung
steht, eignet sich in besonders günstiger Weise zur Beimischung zur Verbrennungsluft, um als Ballastmedium die
Verbrennungstemperatur zu vermindern. Dabei wird die Verbrennungstemperatur nicht nur wegen der hohen spezifischen
Wärme des Wasserdampfes abgesenkt, sondern auch wegen der Fähigkeit des Wasserdampfes, Strahlungsenergie
aus der Umgebung aufzunehmen, die auf der Tatsache beruht, daß Wasserdampf ein dreiatomiges Gas ist.
Um eine besonders gleichmäßige Vermischung des Wasserdampfes mit der Verbrennungsluft zu erzielen, wird der
Wasserdampf im wesentlichen im Gegenstrom der aus der jeweiligen Unterwindzone nach oben gegen den Feuerungsrost
strömenden Verbrennungsluft zugeführt.
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Zur Vermeidung von Kondensationserscheinungen kann es
empfehlenswert sein, die Verbrennungsluft.vorzuwärmen.
Eine Vorrichtung bzw. Feuerungsanlage zur Durchführung
des Verfahrens ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Raum unter dem Feuerungsrost in einzelne
voneinander getrennte Unterwindζonen unterteilt und jeder
Unterwindzone ein Dampfzuführungsrohr zugeordnet ist, das
sich quer zur Rostlängsrichtung erstreckt und mit Wasserdampfausblaseöffnungen
bzw. Wasserdampfausblasedüsen versehen ist, die den Wasserdampf im wesentlichen entgegen
der zur Unterseite des Feuerungsrostes gerichteten Verbrennungsluft austreten lassen. Bei bekannten Feuerungsanlagen,
bei denen die Verbrennungsluft aus großen öffnungen einer Seitenbegrenzungswand der Feuerungsanlage
austritt, wird sich eine Mischung aus Querstrom und Gegenstrom von Wasserdampf und Luft einstellen.
Um einer Verstopfungsgefahr der Wasserdampfausblasedüsen vorzubeugen, sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
die Dampfzuführungsrohre gegen den Feuerungsrost durch
jeweils eine Abdeckung vorzugsweise durch Unterstützungsrahmen
der Rostkonstruktion geschützt. Ohne einen solchen Schutz könnte der Fall eintreten, daß die durch den Feuerungsrost
hindurchfallenden feinen Aschenteile sich auf dem Dampfzuführungsrohr absetzen und die Wasserdampfausblasedüsen
verstopfen.
Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand einer Feuerungsanlage
mit Rückschubrost näher erläutert, die nur als ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel einer Feuerungsanlage
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen ist.
In der Zeichnung zeigen:
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Feuerungsrost mit Unterwindzonen
und
Figur ^ einen Schnitt nach der Linie H-II in Fig. 1.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind unterhalb eines insgesamt mit 1 bezeichneten
Feuerungsrostes mehrere Unterwindzonen 2 bis Z"' vorgesehen, die gegeneinander durch Trennwände 3 abgegrenzt sind. Durch
große Öffnungen 4 in der Seitenwand 5 der Feuerungsanlage ist die für die Verbrennung notwendige Verbrennungsluft einführbar. Mit 6 sind
schräg gestellte Böden innerhalb der einzelnen Unterwindzonen 2 bezeichnet, auf denen die durch den Feuerungsrost hindurchfallende
Asche zu einer AustragsÖffnung 7 gelangt.
Die Zuführung von Wasserdampf, der als Abdampf dem Prozeßkreislauf
des der Feuerung nachgeschalteten Dampfkessels entnommen wird, erfolgt über Dampfzuführungsrohre 8, die Dampfausblasedüsen bzw.
Dampfaus blase Öffnungen 9 aufweisen, die so an dem jeweiligen Dampfzuführungsrohr
8 angeordnet sind, daß sie den Wasserdampf nahezu senkrecht nach unten ausblasen, wie dies durch die strichpunktierten
Pfeile 19 angedeutet ist. Der Wasserdampf wird dabei auf den Kern der aus der Öffnung 4 austretenden Verbrennungsluft gerichtet, so
daß sich eine Mischung aus Quer- und Gegenstrom einstellt, weil die Verbrennungsluft zunächst in horizontaler Richtung in die jeweilige
Unterwindzone eintritt, sich dort verteilt und dann nach oben zum Feuerungsrost 1 gelangt.
Der Feuerungsrost 1 besteht in bekannter Weise aus einzelnen Roststufen
10 und 11, die jeweils aus nebeneinander liegenden Roststäben aufgebaut sind, welche mit ihren unteren Enden auf Stufentragrahmen
12 und 13 aufruhen, von denen die Stufentragrahmen 13 fest und die
Stufentragrahmen 12 bewegbar sind. Letztere sind auf einem Zickzack-
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Balken 14 angeordnet, der in Richtung des Doppelpfeiles 15 hin und her
bewegbar ist. Dieser Zickzack-Balken 14 ist mittels Rollen 16 auf Unterstützungsrahmen 17 für die Rostkonstruktion abgestützt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Dampfzuführungsrohre 8 unterhalb
dieser Unter stützungs rahme η 17 angeordnet, wodurch sie gegen den Rostdurchfall geschützt sind.
Die Regelung der Dampfzufuhr erfolgt zonenweise und vorzugsweise sequentiell, z.B. je nach Feuerlänge mittels entsprechender Ventile
bis 18"" in Abhängigkeit von dem NO -Gehalt in den F eue rungs gas en,
der durch Sensoren 20 bis 20" feststellbar ist. Die Sensoren können z.B. Entnahme sonde η sein, die zu einem für alle Sensoren gemeinsamen
Gas-Chromatographen führen. Mit Hilfe dieser Sensoren werden die Ventile 18 bis 18"" und damit die Dampfzuführung zu den verschiedenen
Unterwind ζ one η 2 bis 2 '" geregelt. Selbstverständlich kann auch nur ein einziger Sensor vorgesehen sein, jedoch ist die Regelung
der D a napf zuführung genauer, wenn mehrere Sensoren zur Anwendung
gelangen. Diese können für sich nacheinander zur Aufschaltung auf den Ventilöffnungsmechanismus abgetastet werden in der Art, daß
z.B. bei Erreichung einer schädlichen NO -Konzentration im vorderen Rostbereich der Sensor 20 zuerst anspricht und die Öffnung der
Ventile 18 und 18' veranlaßt. Falls sich der Bereich der schädlichen Gase über die Rostlänge weiter ausdehnt, kann alsdann der Sensor 20'
die zusätzliche öffnung des Ventils 18" bewirken und so.fort. Umgekehrt
kann bei sich verbrennungsmäßig einstellender Verminderung
der Schadgaserzeugung der entsprechende Sensor die Drosselung
bzw. Schließung des oder der zugeordneten Ventile bewirken.
Der große Vorteil der Wasserdampfeinblasung unmittelbar in die Brennschicht
ist darin zu sehen, daß die Verbrennung bereits in statu nascendi daran gehindert wird, hohe, die NO -Bildung provozierende Werte anzunehmen.
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Leerseite
Claims (6)
- PATENTANWALT ErWlIl ZlliyjDipl.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing.Bereiteranger 15 8000 München 90 Telefon 089/65 76 35Dr.-Ing. Johannes Josef Martin
Leopoldstraße 248
München 40PatentansprücheVerfahren zur Verminderung der NOx-Emission bei Großfeuerungen, gekennzeichnet durch eine über die Feuerlänge verteilte, zonenweise Zuführung von Wasserdampf in die Brenn schicht zusammen mit der Verbrennungsluft, wobei die einzelnen Zonen unabhängig voneinander in Abhängigkeit vom NO -Gehalt in den Rauchgasen mit Wasserdampf beaufschlagbar sind.< - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß der einzuführende Wasserdampf als Abdampf dem Prozeßkreislauf des der Feuerung zugeordneten Dampfkessels entnommen wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf im wesentlichen im Gegenstrora der aus der jeweiligen Unterwindzone nach oben gegen den Feuerungsrost strömenden Verbrennungsluft zugeführt wird.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurchg e k e η η ζ e'i c h η e t , daß die Verbrennungsluft vorgewärmt wird.130063/0547
- 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum unter dem Feuerungsrost (1) in einzelne voneinander getrennte Unterwindzonen (2) unterteilt und jeder Unterwindzone ein Dampfzuführungsrohr (8) zugeordnet ist, das sich quer zur Rostlängsrichtung erstreckt und mit Wasserdampfausblaseöffnungen bzw. Wasserdampfausblasedüsen (9) versehen ist, die den Wasserdampf im wesentlichen entgegen der zur Unterseite des Feuerungsrostes (1) gerichteten Verbrennungsluftströmung austreten lassen.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdampfzuführungsrohre (8) gegen den Feuerungsrost (1) durch jeweils eine Abdeckung vorzugsweise durch Unterstützungsrahmen (17) der Rostkonstruktion geschützt sind.130063/0547
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