EP0498014B2 - Verfahren zur Verbrennungsluftzuführung und Feuerungsanlage - Google Patents

Verfahren zur Verbrennungsluftzuführung und Feuerungsanlage Download PDF

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EP0498014B2 EP91101711A EP91101711A EP0498014B2 EP 0498014 B2 EP0498014 B2 EP 0498014B2 EP 91101711 A EP91101711 A EP 91101711A EP 91101711 A EP91101711 A EP 91101711A EP 0498014 B2 EP0498014 B2 EP 0498014B2
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combustion air
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air
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Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
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    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
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    • 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
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    • F23L1/02—Passages or apertures for delivering primary air for combustion  by discharging the air below the fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 
    • F23L9/02—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel  by discharging the air above the fire

Definitions

  • the invention relates to a method for combustion air supply in grate furnaces, in which primary combustion air is introduced through the fuel and secondary combustion air directly into the exhaust gas stream, and in which a part of the exhaust gas is branched off from the exhaust gas stream and fed back to the combustion process, the exhaust gas immediately above the fuel in the area of a high unused primary air portion and sucked back to the combustion air.
  • the invention also relates to a firing system for carrying out the method.
  • This increased exhaust gas volume requires a larger design of the device downstream of the firing grate, e.g. Waste heat boilers and emission control devices.
  • the object of the invention is to provide a method and a firing system for carrying out the method, with the aid of which the amount of exhaust gas flow and thus the disadvantageous consequences resulting from the air excess explained can be reduced.
  • Another advantage of this mode of operation according to the invention is a reduction in pollutant emissions of carbon monoxide and nitrogen oxides.
  • carbon monoxide this effect is based on the one hand on more intensive post-combustion of a gas stream that is relatively highly contaminated with this pollutant.
  • nitrogen oxides the observed decrease in concentration can be explained by lowering the oxygen content in the exhaust gas.
  • the amount of exhaust gas withdrawn can be mixed with the primary combustion air and the secondary combustion air. When incinerating household waste, it is beneficial. if the amount of gas withdrawn is used exclusively as secondary combustion air, since the proportion of combustion air that is fed into the rear grate area and then sucked in corresponds relatively exactly to the proportion of quantity that is required as secondary combustion air.
  • the amount of exhaust gas drawn corresponds to the volume after that primary air which is supplied in the rear primary air zones which have a non-used primary air portion, the achievable benefit can be maximized.
  • the volume of exhaust gas drawn off is less or greater in volume than the amount of primary air which is fed to the firing grate in the rear primary air zones which have a high unused primary air content.
  • a firing system has a feed hopper 1 with a subsequent feed chute 2 for feeding the fired goods onto a feed table 3, on which loading pistons 4 are provided so as to be movable back and forth in order to bring the firing material coming out of the feed chute 2 onto one Give up grate 5, on which the combustion of the combustion material takes place, it is irrelevant whether it is an inclined or horizontal grate, regardless of which principle.
  • a device for supplying primary combustion air, which can comprise a plurality of chambers 7 to 11, to which primary combustion air is supplied via a line 13 by means of a fan 12.
  • the arrangement of the chambers 7 to 11 divides the firing grate into several underwind zones, so that the primary combustion air can be set differently according to the needs on the firing grate.
  • the combustion chamber 14 which merges into an exhaust gas duct 15 in the front part, to the units, not shown, such as, for. B. connect a waste heat boiler and an exhaust gas cleaning system.
  • the combustion chamber 14 is delimited by a ceiling 16, a rear wall 17 and side walls 18, the latter being particularly evident from FIG. 3.
  • the combustion of the material to be labeled 19 takes place on the front part of the grate 5, above which the exhaust gas duct 15 is located. In this area, most of the primary combustion air is supplied through the chambers 7, 8 and 9. On the rear part of the combustion grate 5 there is only burned-out material d. H. Slag and in this area primary combustion air is supplied via the chambers 10 and 11 essentially only for cooling this slag and in particular for cooling the grate in order to maintain its operability.
  • nozzles 21 and 22 are provided, which supply secondary combustion air to the rising exhaust gas in order to bring about an intensive post-combustion of the combustible components in the exhaust gas.
  • exhaust gas is now extracted essentially in the rear part of the combustion chamber, which is delimited by the ceiling 16, the rear wall 17 and the side walls 18.
  • a suction opening 23 is provided in the ceiling 16, so that exhaust gas can be extracted via a suction line 24 by means of a fan 25 which is connected to the suction side of the fan.
  • a line 26 is connected to the pressure side of the fan, which presses the exhaust gas quantity extracted into line 13, via which the primary combustion air is supplied to the chambers 7 to 11.
  • the suction opening 23 is provided in the rear wall 17.
  • the line 26 connected to the pressure side of the fan 25 is connected, for example, to the nozzle 21, which is used to supply part of the secondary combustion air
  • FIG. 3 shows the arrangement of two suction openings 23 in the side walls 18 of the combustion chamber 14, the connected suction lines 24 of which are connected to the suction side of the fan 12.
  • the suction lines have pipe sockets 27 with butterfly valves 28, through which additional fresh air can be drawn in and mixed with the exhaust gas.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbrennungsluftzuführung bei Rostfeuerungen, bei dem Primärverbrennungsluft durch den Brennstoff hindurch und Sekundärverbrennungsluft direkt in den Abgasstrom eingeführt wird, und bei dem ferner ein Teil des Abgases aus dem Abgasstrom abgezweigt und dem Verbrennungsprozeß wieder zugeführt wird, wobei das Abgas unmittelbar oberhalb des Brennstoffes im Bereich eines hohen unverbrauchten Primärluftanteils abgesaugt und der Verbrennungsluft wieder zugeführt wird. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Feuerungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.
  • Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-B-1 019 788) wird das abgesaugte Abgas ausschließlich den Düsen für die Zuführung der Sekundärverbrennungsluft zugeführt, um eine intensive Nachverbrennung unter Erzeugung einer kräftigen Wirbel- und Umwälzbewegung des Gas-Luft-Gemisches zu erreichen, wobei infolge des Kreisens der Luft im Feuerraum die schweren, aus dem Kohlenbett hinaufgeblasenen Brennstoffe auf den Rost zurückgeführt werden. Diese große mischende Tiefenwirkung führt zu einer vollständigen Verbrennung mit sehr geringem Luftüberschuß und sehr hohen Temperaturen. Diese intensive Durchmischung wäre nur mit einer besonders großen Frischluftmenge möglich, wodurch der Luftüberschuß unnötig hoch gesteigert werden würde. Um einerseits einen übermäßigen Luftüberschuß zu vermeiden und andererseits eine besonders große Gasmenge für die Erzielung der intensiven Durchmischung und Verwirbelung zu erhalten, ist bei dem bekannten Verfahren auf diese Rauchgasrückführung zurückgegriffen worden. Eine Verminderung der Frischluftmenge, weder bei der Primärluft, noch bei der Sekundärluft, wird hier nicht vorgenommen. Vielmehr tritt eine Erhöhung der Gesamtabgasmenge ein.
  • Dieses erhöhte Abgasvolumen erfordert eine größere Auslegung der dem Feuerungsrost nachgeschalteten Einrichtung, wie z.B. Abhitzekessel und Abgasreinigungseinrichtungen.
  • Da bei dem bekannten, eingangs erläuterten Verfahren die Abgasrückführung zur Vermeidung eines erhöhten Frischluftanteiles durchgeführt wird, um eine intensive Durchwirbelung und bessere Verbrennung zu erreichen, ist der Frischluftanteil nach wie vor so hoch wie bei anderen bekannten Feuerungsanlagen, bei denen die Verbrennungsluft überstichometrisch mit einem Stichometrieverhältnis im Bereich von 1,4 bis 2,2 zugeführt wird. Jede überstichometrische Betriebsweise bedingt jedoch zwangsweise eine Verminderung des Wirkungsgrades eines dem Feuerungsrostsystem nachgeschalteten Abhitzekessels, da die überschüssige Verbrennungsluft gleichsam als Ballast mit aufgeheizt werden muß. Weiterhin bedingt ein überhöhter Luftanteil auch eine größere Menge an Schadstoffen, wie Kohlenmonoxid und Stickoxiden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Feuerungsanlage zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit deren Hilfe die Menge des Abgasstromes und damit die sich aus dem erläuterten Luftüberschuß ergebenden nachteiligen Folgen vermindert werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst Hierdurch wird der gesamte Abgasstrom um denjenigen Anteil vermindert, der im hinteren Feuerraumbereich abgesaugt und der Verbrennungsluft wieder zugeführt wird, die entsprechend diesem Anteil vermindert wird. Dieses Abgas kann deshalb als Ersatz eines Anteils der frischen Verbrennungsluft dienen, weil wegen Ausbleibens einer chemischen Reaktion im hinteren Teil des Feuerungsrostes das Abgas in seiner Zusammensetzung nahezu der frischen Verbrennungsluft entspricht
  • Aufgrund der Verminderung des gesamten Abgasvolumens können die dem Feuerraum nachgeschalteten Aggregate kleiner ausfallen, wodurch sich eine erhebliche Einssparung der Anlagekosten erzielen läßt. Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Betriebsweise besteht in einer Verminderung des Schadstoffausstoßes an Kohlenmonoxid und Stickoxiden. Dieser Effekt beruht beruht einerseits im Falle des Kohlenmonoxids auf einer intensiveren Nachverbrennung eines mit diesem Schadstoff relativ hoch belasteten Gasstromes. Im Falle der Stickoxide läßt sich die beobachtete Konzentrationsminderung durch Absenken des Sauerstoffgehaltes im Abgas erklären.
  • Die abgezogene Abgasmenge kann dabei der Primärverbrennungsluft und der Sekundärverbrennungsluft beigemischt werden. Bei der Verbrennung von Hausmüll ist es vorteilhaft. wenn die abgezogene Gasmenge ausschließlich als Sekundärverbrennungsluft verwendet wird, da in der Regel der Anteil der Verbrennungsluft, der im hinteren Rostbereicn zugeführt und dann angesaugt wird, relativ genau demjenigen Mengenanteil entspricht, der als Sekundärverbrennungsluft benötigt wird.
  • Wenn in vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens die angezogene Abgasmenge dem Volumen nach derjenigen Primärluft entspricht, die in den hinteren Primärluftzonen zugeführt wird, die einen nonen unverbrauchten Primärluftanteil aufweisen, so läßt sich der erzielbare Nutzen maximieren.
  • Es kann aber auch vorteilhaft sein, daß die abgezogene Abgasmenge dem Volumen nach geringer oder größer ist als die Primärluftmenge, die in den hinteren Primärluftzonen, die einen hohen unverbrauchten Primärluftanteil aufweisen, dem Feuerungsrost zugeführt wird.
  • Feuerungsanlagen zur Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus den Anspruchen 8 und 9.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1:
    einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Feuerungsanlage in schematischer Darstellung;
    Fig. 2:
    eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles; und
    Fig. 3:
    einen Querschnitt durch eine Feuerungsanlage entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, weist eine Feuerungsanlage einen Aufgabetrichter 1 mit anschließender Aufgabeschurre 2 für die Aufgabe des Brenngutes auf einen Aufgabetisch 3 auf, auf dem Beschickkolben 4 hin und her bewegbarvorgesehen sind, um das aus der Aufgabeschurre 2 kommende Brenngut auf einen Feuerungsrost 5 aufzugeben, auf dem die Verbrennung des Brenngutes stattfindet, wobei es unerheblich ist, ob es sich dabei um einen geneigten oder horizontal liegenden Rost egal welchen Prinzips handelt.
  • Unterhalb des Feuerungsrostes 5 ist eine insgesamt mit 6 bezeichnete Einrichtung zur Zuführung von Primärverbrennungsluft angeordnet, die mehrere Kammern 7 bis 11 umfassen kann, denen mittels eines Ventilatiors 12 über eine Leitung 13 Primärverbrennungsluft zugeführt wird. Durch die Anordnung der Kammern 7 bis 11 ist der Feuerungsrost in mehrere Unterwindzonen unterteilt, so daß die Primärverbrennungsluft entsprechend den Bedürfnissen auf dem Feuerungsrost unterschiedlich eingestellt werden kann.
  • Über dem Feuerungsrost 5 befindet sich der Verbrennungsraum 14, der im vorderen Teil in einen Abgaszug 15 übergeht, an den sich nicht dargestellte Aggregate, wie z. B. ein Abhitzekessel und eine Abgasreinigungsanlage anschließen. Im hinteren Bereich ist der Feuerraum 14 durch eine Decke 16, eine Rückwand 17 und Seitenwände 18 begrenzt, wobei letztere insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich sind.
  • Die Verbrennung des mit 19 bezeichneten Brenngutes erfolgt auf dem vorderen Teil des Feuerungsrostes 5, über dem sich der Abgaszug 15 befindet. In diesem Bereich wird durch die Kammern 7, 8 und 9 die meiste Primärverbrennungsluft zugeführt. Auf dem hinteren Teil des Verbrennungsrostes 5 befindet sich nur ausgebranntes Brenngut d. h. Schlacke und in diesem Bereich wird Primärverbrennungsluft über die Kammern 10 und 11 im wesentlichen nur zur Kühlung dieser Schlacke und insbesondere zur Kühlung des Feuerungsrostes zugeführt, um dessen Betriebsfähigkeit aufrecht zu erhalten.
  • Die ausgebrannten Teile fallen dann in einen Schlackenaustrag 20 am Ende des Verbrennungsrostes 5. Im unteren Bereich des Abgaszuges 15 sind Düsen 21 und 22 vorgesehen, die Sekundärverbren nungsluft dem aufsteigenden Abgas zuführen, um eine intensive Nachverbrennung der im Abgas befindlichen brennbaren Anteile zu bewirken.
  • In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird nun im wesentlichen im hinteren Teil des Verbrennungsraumes, der von der Decke 16, der Rückwand 17 und den Seitenwänden 18 begrenzt ist, Abgas abgesaugt Hierfür ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine Absaugöffnung 23 in der Decke 16 vorgesehen, so daß Abgas über eine Absaugleitung 24 mittels eines Ventilators 25 abgesaugt werden kann, die mit der Saugseite des Ventilators verbunden ist. Mit der Druckseite des Ventilators ist eine Leitung 26 verbunden, die die abgesaugte Abgasmenge in die Leitung 13 hineindrückt, über die Primärverbrennungsluft den Kammern 7 bis 11 zugeführt wird.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Absaugöffnung 23 in der Rückwand 17 vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die mit der Druckseite des Ventilators 25 verbundene Leitung 26 beispielsweise mit der Düse 21 verbunden, die der Zuführung eines Teiles der Sekundärverbrennungsluft dient
  • Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt die Anordnung von zwei Absaugöffnungen 23 in den Seitenwänden 18 des Feuerraumes 14, deren angeschlossene Absaugleitungen 24 mit der Saugseite des Ventilators 12 verbunden sind. Die Absaugleitungen weisen Rohrstutzen 27 mit Absperrklappen 28 auf, über die zusätzliche Frischluft angesaugt und dem Abgas beigemischt werden kann.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Verbrennungsluftzuführung bei Rostfeuerungen, bei dem Primärverbrennungsluft durch den Brennstoff hindurch und Sekundärverbrennungsluft direkt in den Abgasstrom eingeführt wird, und bei dem ferner ein Teil des Abgases aus dem Abgasstrom abgezweigt und dem Verbrennungsprozeß wieder zugeführt wird, wobei das Abgas unmittelbar oberhalb des Brennstoffes im Bereich eines hohen unverbrauchten Primärluftanteiles abgesaugt und der Verbrennungsluft wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft entsprechend der beizumischenden Abgasmenge vermindert wird, wodurch der gesamte Abgasstrom um den jenigen Anteil vermindert wird, der im hinteren Feuerraum bereich abgesaugt und der Verbrennungsluft wieder zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgezogene Abgasmenge der Primärverbrennungsluft beigemischt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgezogene Abgasmenge der Sekundärverbrennungsluft beigemischt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei Verbrennung von Hausmüll, dadurch gekennzeichnet, daß die abgezogene Abgasmenge ausschießlich als Sekundärverbrennungsluft verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abgezogene Abgasmenge dem Volumen nach derjenigen Primärverbrennungsluftmenge entspricht, die in den hinteren Primärluftzonen, die einen hohen unverbrauchten Primärluftanteil aufweisen, dem Feuerungsrost zugeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abgezogene Abgasmenge dem Volumen nach geringer ist als die Primärverbrennungsluftmenge, die in den hinteren Primärluftzonen, die einen hohen unverbrauchten Primärluftanteil aufweisen, dem Feuerungsrost zugeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abgezogene Abgasmenge dem Volumen nach größer ist als die Primärluftmenge, die in den hinteren Primärluftzonen, die einen hohen unverbrauchten Primärluftanteil aufweisen, dem Feuerungsrost zugeführt wird.
  8. Feuerungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Feuerungsrost (5), einer Einrichtung (7-11) unterhalb des Feuerungsrostes (5) zur Zuführung von Primärverbrennungsluft durch den Feuerungsrost (5) hindurch, sowie mit in den Feuerraum (14) einmündenden Düsen (21, 22) oberhalb des Feuerungsrostes (5) zur Zuführung von Sekundärverbrennungsluft, wobei im Feuerraum (14) über dem Feuerungsrost (5) mindestens eine Absaugleitung (23, 24) für Abgas vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daßdie Absaugleitung (24) mit der Saugseite eines Ventilators (25) verbunden ist, dessen Druckseite über eine Leitung (26) mit der Leitung (13) für Primärverbrennungsiuft in Verbindung steht.
  9. Feuerungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 3 oder 4 mit einem Feuerungsrost (5), einer Einrichtung (7-11) unterhalb des Feuerungsrostes (5) zur Zuführung von Primärverbrennungsluft durch den Feuerungsrost (5) hindurch, sowie mit in den Feuerraum (14) einmündenden Düsen (21, 22) oberhalb des Feuerungsrostes (5) zur Zuführung von Sekundärverbrennungsluft, wobei im Feuerraum (14) über dem Feuerungsrost (5) mindestens eine Absaugleitung (23, 24) für Abgas vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugseite eines Ventilators (25) ausschließlich mit der Absaugleitung (24) verbunden ist, dessen Druckseite über eine Leitung (26) mit den oberhalb des Feuerungsrostes (5) in den Feuerraum (14) einmündenden Düsen (21, 22) zur Zuführung von Sekundärverbrennungsluft in Verbindung steht.
  10. Feuerungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnung (23) der Absaugleitung (24) in mindestens einer Seitenwand (18) des Feuerraumes (14) oberhalb des Feuerungsrostes (5) vorgesehen ist.
  11. Feuerungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugöffnung (23) der Absaugleitung (24) in der Rückwand (17) des Feuerraumes (14) oberhalb des Feuerungsrostes (5) vorgesehen ist.
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