EP0741267B1 - Verfahren und Feuerung zum Verbrennen von Abfällen - Google Patents

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EP0741267B1
EP0741267B1 EP95106788A EP95106788A EP0741267B1 EP 0741267 B1 EP0741267 B1 EP 0741267B1 EP 95106788 A EP95106788 A EP 95106788A EP 95106788 A EP95106788 A EP 95106788A EP 0741267 B1 EP0741267 B1 EP 0741267B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
secondary air
channel
nozzles
grate
injected
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP95106788A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0741267A1 (de
Inventor
Arvid Christmann
Bernd Rütten
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Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Original Assignee
BBP Environment GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by BBP Environment GmbH filed Critical BBP Environment GmbH
Priority to DE59509469T priority patent/DE59509469D1/de
Priority to ES95106788T priority patent/ES2161798T3/es
Priority to EP95106788A priority patent/EP0741267B1/de
Priority to JP08523097A priority patent/JP2000513796A/ja
Priority to PL96323139A priority patent/PL323139A1/xx
Priority to US08/964,188 priority patent/US6138587A/en
Priority to PCT/EP1996/001254 priority patent/WO1996035081A1/de
Priority to KR1019970707819A priority patent/KR100446348B1/ko
Priority to TW085103698A priority patent/TW319816B/zh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/14—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion
    • F23G5/16—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion in a separate combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2202/00—Combustion
    • F23G2202/10—Combustion in two or more stages
    • F23G2202/106—Combustion in two or more stages with recirculation of unburned solid or gaseous matter into combustion chamber

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a Furnace according to the preamble of claim 10.
  • the flue gas flow is particularly on the lower edge of the failure side Roof surface strongly deflected.
  • the flue gas flue is in the second DC combustion continuously vertical. At the transition between the combustion chamber and the flue gas flue an equally pronounced, if somewhat less, redirection can be seen.
  • waste incineration in a grate furnace this is done via a loading shaft supplied waste in the front area of the grate is first dried and preheated. In addition to the evaporation of the water, this also results in outgassing flammable Ingredients of the waste. Furthermore, they run from lower temperatures to about 500 ° C marked zone also pyrolytic processes. For a low overall The pollutant content of the exhaust gases from such grate combustion is therefore of decisive importance Meaning that the gaseous and particulate substances in the drying and Ignition area of the grate pass into the flue gas due to an energetic turbulent Mixing with the high temperature exhaust gas streams from the actual combustion area of the grate are brought into intimate contact. With sufficient oxygen content is the temperature and turbulence of the flow field Dwell time in areas of high temperature and high turbulence for the degree of destruction organic ingredients vital.
  • a rotary tube furnace is known from EP 0 579 987 A1, in which at least two primary air nozzles are so directed towards each other and towards the fuel bed that two opposing Vortexes are generated in the rotary tube whose axes of rotation are essentially parallel to the axis of the rotary tube and which rotate about these axes of rotation so that the thermally induced Support the movement of the fuel gases.
  • the invention has for its object a method according to the preamble of the claim 1 and to improve a furnace according to the preamble of claim 10, that each sub-volume of the flue gas changes during a prescribed dwell time is at a sufficiently high temperature level.
  • the direct current firing shown in FIG. 1 has a firebox 1, a loading shaft 2, a chute 3 and a grate 4, which extends from the loading shaft 2 extends to the chute 3. It is designed as a roller grate and comprises a total six rollers 5, the axes of which are inclined in a direction towards the chute 3 inclined plane are arranged parallel to each other.
  • the combustion chamber 1 is through at the top a roof-shaped firebox ceiling 6 completed.
  • the failure-side roof edge 7 is located itself over the end region of the grate 4.
  • Under the grate 4 are devices 8 for Primary air supply provided. Secondary air nozzles 9 penetrate several Place the combustion chamber ceiling 6. They are directed towards the main combustion zone, which is in one wide area is located in the middle of the grate 4.
  • the firebox 1 Through an opening 10 over the chute 3 and the adjacent end area of the grate 4 is the firebox 1 with a flue gas duct 11 in connection.
  • the lower section of the flue gas duct 11 is designed as an inclined pull 12. It is towards the loading chute 2 inclined backwards. Its lower boundary wall is the roof surface on the dropout side the combustion chamber ceiling 6.
  • FIG. 1 Approximately at the height of the mouth opening 10 are in a cross-sectional plane, which is shown in FIG is symbolized by a broken line, 14 additional nozzles on the rear wall 15.1 to 15.6 attached. They are illustrated in Figure 2 by pulse vectors.
  • the direction of the pulse vector coincides with the blowing direction, the length is a measure of the size of the pulse with which the secondary air flow is injected. The length should also be a measure of the size of the nozzle.
  • the pulse vectors are of equal length. This is meant to be symbolic are shown that all nozzles 15.1 to 15.6 are the same size.
  • the nozzle arrangement is mirror-symmetrical with respect to the vertical center plane 16, which the flue gas duct in divided two channel halves, which in Figure 2, the two cross-sectional halves 10a and 10b correspond.
  • the middle level 16 is an imaginary level, not a material level Partition wall.
  • Figure 2 shows the horizontal components of the individual pulse vectors.
  • the horizontal pulse components are aligned tangentially to circles 17.1 to 17.6 inscribed in the center of the cross-sectional halves. They therefore define a direction of rotation with respect to their center points Ma, Mb, symbolized by arrows 18a, 18b.
  • the direction of rotation in cross-section half 10a is opposite to the direction of rotation in cross-section half 10b.
  • the circles 17.1 to 17.3 or 17.4 to 17.6, which are assigned to the individual nozzles have different diameters.
  • nozzles of a cross-sectional half tangentially are between approximately 0.15b and 0.4b.
  • b is the width of the flue gas duct 11.
  • the horizontal component points away from the central plane 16.
  • the associated horizontal component is oriented at right angles to the rear wall 14, ie parallel to the side wall 19a. The same naturally applies to the nozzle 15.6.
  • the distances can deviate up to approximately ⁇ 30%, the angles up to approximately ⁇ 20% from the specified data.
  • the nozzles 15.1 to 15.6 are inclined to the horizontal.
  • the angle of inclination ⁇ 3 of the nozzle 15.3 is the angle between the pulse vector and its projection into the horizontal cross-sectional plane of the orifice 10.
  • the angle of inclination of the other nozzles which are not shown in FIG. 3 for the sake of clarity, has to be imagined accordingly.
  • the angle of inclination ⁇ for all nozzles is between -20 ° and + 50 °.
  • the negative sign indicates a downward slope.
  • the waste is placed on the grate 4 in the usual way, by rotation the rollers 5 on the grate 4 moved forward and burned. At the end of the grate the combustion residues fail.
  • Primary air is supplied to the grate from below. Secondary air is blown into combustion chamber 1 from above.
  • a flue gas flow occurs in the combustion chamber 1, which is shown in FIG. 1 by the streamlines 20, 21, 22 is illustrated.
  • the partial stream symbolized by streamline 20 rises from the front area of the grate 4. It contains solid and gaseous flammable ones Components. This partial flow is the characteristic of direct current combustion Way through the main combustion zone. There are the flammable Components at high temperature already largely through targeted secondary air supply burned.
  • the partial flow 21 escaping from the middle area has a very high high temperature, the partial flow 22 from the end region of the grate 4 still has a relative high oxygen content.
  • the entire flue gas flow is reduced on the outlet side deflected at the top and passes through the opening 10 into the inclined pull 12 the flammable components that are still carried are completely burned out. This is in addition to an adequate supply of oxygen, intensive mixing of the strands required that form the flue gas flow.
  • the mouth opening 10 in the region of the mouth opening 10, they are symmetrical to the central plane 16 secondary air jets blown in.
  • the direction of the secondary air jets is like this chosen so that each beam has an angular momentum with respect to the central axis of the channel half.
  • the direction of rotation is correct for all jets that are blown into one channel half. match. Because of the mirror symmetry, there is a sense of rotation in the cross-sectional half 10a, which is opposite to the direction of rotation in the cross-sectional half 10b.
  • the secondary air is blown into the flue gas flow at a speed of 70 to 100 m / s.
  • the Share of the secondary air blown in in the area of the mouth opening 10 of the total secondary air is around 25 to 35%.
  • the secondary air is blown into the flue gas duct 11 and in particular in the oblique draft 12 which forms the afterburning chamber, one to the central plane 16 symmetrical double vortex configuration created. That from the firebox 1 escaping flue gas is shaped by the arrangement and alignment of the nozzles two oppositely rotating vertebrae introduced obliquely upwards into the oblique pull 12. It has been shown that the separation vortex observed in the prior art is completely suppressed or at most on a harmless small detachment bubble directly on the Roof edge 7 is reduced. In the double vortex flow there is an extensive Homogenization in terms of temperature and material composition. Thereby the burnout of flammable components carried along is considerably improved and the Pollutant content in the exhaust gases significantly reduced.
  • Figure 4 shows a furnace, which is essentially compared to the furnace described so far has two differences: The one difference is that the flue gas duct 11 is designed as a continuous vertical train. The second difference is in the different configuration of the nozzles, which are at the level of the orifice 10 in the flue gas duct 11 are directed. This arrangement is shown symbolically in FIG.
  • the nozzles 24.1, 24.2 and 25.1 to 25.5 are not only attached to the rear wall 14, but also to the side walls 19a, 19b and the front wall 26 of the flue gas duct 11 over the edge 7.
  • the nozzles 24.1, 24.2 are significantly larger than the nozzles 25.1 to 25.5.
  • the nozzles 24.1, 24.2 are aligned tangentially to an inner circle 27, the smaller nozzles 25.1 to 25.5 tangentially to a larger circle 28.
  • the angle of inclination ⁇ 24, which is not visible in FIG. 5, of the nozzles 24.1, 24.2 is different from the angle of inclination ⁇ 25 of the nozzles 25.1 to 25.5.
  • the nozzles 25.1 to 25.5 generate secondary air with a significantly lower pulse blown in.
  • the quantity of secondary air introduced through the nozzles 24.1, 24.2 is preferred greater than the amount of secondary air introduced through nozzles 25.1 to 25.5, at least the same size.
  • the quantitative ratio is between 4: 1 and 1: 1. It is possible to replace all or part of the secondary air with recirculated flue gas.
  • an inner vortex is formed in each channel half, which is fanned in particular by the nozzles 24.1, 24.2, and an outer vortex which is fanned by the nozzles 25.1 to 25.5.
  • the vortices have different tangential speeds and, because of the different angles of inclination ⁇ 24 , ⁇ 25, also different axial speeds. This creates a shear layer between the two vertebrae. This leads to the formation of medium and fine-scale turbulence, which contributes to homogenization and improves the reaction kinetics.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Feuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
In der DE-Z "Die Industriefeuerung", Vulkan-Verlag Dr. W. Classen, Essen 1986, Seiten 23 bis 32, werden in einem Artikel von D. O. Reimann unter der Überschrift "Verfahrenstechnik der Müllverbrennung" verschiedene Feuerraumgestaltungen dargestellt und diskutiert: Gleichstrom-, Gegenstrom- und Mittelstromfeuerung. Zwei verschiedene Gleichstromfeuerungen sind durch Zeichnungen schematisch dargestellt. Die Feuerraumdecke ist in beiden Fällen dachartig ausgebildet. Über der Ausbrandzone des Rostes und dem daran anschließenden Ausfallschacht geht der Feuerraum in den Rauchgaszug über. Dessen unterer Teil, die Nachbrennzone, ist bei der einen Gleichstromfeuerung als Schrägzug ausgebildet, wobei die ausfallseitige Dachfläche der Feuerraumdecke die untere Begrenzungswand bildet. An den Schrägzug schließt sich oben ein senkrechter Zug an. Der Rauchgasstrom wird bei dieser Anordnung insbesondere an der unteren Kante der ausfallseitigen Dachfläche stark umgelenkt. Bei der zweiten Gleichstromfeuerung ist der Rauchgaszug durchgehend senkrecht. Am Übergang zwischen Feuerraum und Rauchgaszug ist eine ebenfalls ausgeprägte, wenn auch etwas geringere Umlenkung zu erkennen.
Besonderes Augenmerk wird in dem Artikel auf den kalten Rauchgasteilstrom gerichtet, der vom vorderen, dem Beschickungsschacht benachbarten Rostbereich ausgeht. Aus Zeichnungen, in denen die verschiedenen Feuerungen einander gegenüber gestellt werden, ist deutlich zu erkennen, daß bei der Gleichstromfeuerung der kalte Teilstrom auf einem vergleichsweise langen Weg durch die heißeste Verbrennungszone hindurch geführt wird (siehe auch das Dokument DE-A-3 125 429).
Bei der Abfallverbrennung in einer Rostfeuerung wird der über einen Beschickungsschacht zugeführte Abfall im vorderen Bereich des Rostes zunächst getrocknet und vorgewärmt. Dabei kommt es neben der Verdampfung des Wassers auch zu einem Ausgasen brennbarer Inhaltsstoffe des Abfalls. Ferner laufen in dieser von tieferen Temperaturen bis etwa 500°C gekennzeichneten Zone auch pyrolytische Prozesse ab. Für einen insgesamt geringen Schadstoffgehalt der Abgase einer derartigen Rostfeuerung ist es daher von entscheidender Bedeutung, daß die gas- und partikelförmigen Stoffe, die im Trocknungs- und Zündbereich des Rostes in das Rauchgas übergehen, durch eine energiereiche turbulente Vermischung mit den Abgasströmen hoher Temperatur aus dem eigentlichen Verbrennungsbereich des Rostes in innigen Kontakt gebracht werden. Bei ausreichendem Sauerstoffgehalt ist neben der Temperatur und der Turbulenz des Strömungsfeldes auch die Verweilzeit in Bereichen hoher Temperatur und hoher Turbulenz für den Grad der Zerstörung organischer Inhaltsstoffe von entscheidender Bedeutung.
Durch die EP 0 579 987 A1 ist ein Drehrohrofen bekannt, bei dem mindestens zwei Primärluftdüsen so zueinander und zum Brennstoffbett gerichtet sind, daß zwei gegenläufige Wirbel im Drehrohr erzeugt werden, deren Drehachsen im wesentlichen parallel zur Achse des Drehrohres verlaufen und die um diese Drehachsen so drehen, daß sie die thermikinduzierte Bewegung der Brenngase unterstützen. In einer Nachbrennkammer sind Zusatzbrenner oder Mischluftdüsen angeordnet und so ausgerichtet, daß die aus dem Drehrohr auslaufenden beiden gegenläufigen Wirbel verstärkt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Feuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 so zu verbessern, daß jedes Teilvolumen des Rauchgases sich während einer vorgeschriebenen Verweilzeit auf einem ausreichend hohen Temperaturniveau befindet.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 10 gelöst.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.
  • Figur 1 zeigt eine Gleichstromfeuerung im Längsschnitt
  • Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch den Rauchgaskanal etwa in Höhe der Mündungsöffnung
  • Figur 3 verdeutlicht in perspektivischer Darstellung die Anordnung einer Düse
  • Figur 4 zeigt eine andere Gleichstromfeuerung im Längsschnitt
  • Figur 5 zeigt für die Feuerung gemäß Figur 4 einen Querschnitt durch den Rauchgaskanal etwa in Höhe der Mündungsöffnung.
    • Die in Figur 1 dargestellte Gleichstromfeuerung hat einen Feuerraum 1, einen Beschickungsschacht 2, einen Ausfallschacht 3 und einen Rost 4, der sich vom Beschickungsschacht 2 zum Ausfallschacht 3 erstreckt. Er ist als Walzenrost ausgebildet und umfaßt insgesamt sechs Walzen 5, deren Achsen in einer schiefen, in Richtung auf den Ausfallschacht 3 geneigten Ebene parallel zu einander angeordnet sind. Der Feuerraum 1 ist oben durch eine dachförmige Feuerraumdecke 6 abgeschlossen. Die ausfallseitige Dachkannte 7 befindet sich über dem Endbereich des Rostes 4. Unter dem Rost 4 sind Einrichtungen 8 zum Zuführen von Primärluft vorgesehen. Sekundärluftdüsen 9 durchdringen an mehreren Stellen die Feuerraumdecke 6. Sie sind in die Hauptbrennzone gerichtet, die sich in einem breiten Bereich in der Mitte des Rostes 4 befindet. Durch eine Mündungsöffnung 10 über dem Ausfallschacht 3 und dem benachbarten Endbereich des Rostes 4 steht der Feuerraum 1 mit einem Rauchgaskanal 11 in Verbindung. Der untere Teilabschnitt des Rauchgaskanals 11 ist als Schrägzug 12 ausgebildet. Er ist in Richtung auf den Beschickungsschacht 2 rückwärts geneigt. Seine untere Begrenzungswand ist die ausfallseitige Dachfläche der Feuerraumdecke 6. An den Schrägzug 12 schließt sich oben ein senkrechter Zug 13 an. Insoweit entspricht die Feuerung dem Stand der Technik.
    Etwa in der Höhe der Mündungsöffnung 10 sind in einer Querschnittsebene, die in Figur 1 durch eine unterbrochene Linie symbolisiert ist, an der Rückwand 14 zusätzliche Düsen 15.1 bis 15.6 angebracht. Sie sind in Figur 2 durch Impulsvektoren veranschaulicht. Die Richtung des Impulsvektors stimmt mit der Blasrichtung überein, die Länge ist ein Maß für die Größe des Impulses, mit dem der Sekundärluftstrom eingeblasen wird. Die Länge soll auch ein Maß für die Größe der Düse sein. Bei dem in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Impulsvektoren gleich lang. Dadurch soll symbolisch dargestellt werden, daß alle Düsen 15.1 bis 15.6 gleich groß sind. Die Düsenanordnung ist spiegelsymmetrisch in bezug auf die senkrechte Mittelebene 16, die den Rauchgaskanal in zwei Kanalhälften unterteilt, denen in Figur 2 die beiden Querschnittshälften 10a und 10b entsprechen. Die Mittelebene 16 ist eine gedachte Ebene, nicht etwa eine materielle Trennwand.
    Figur 2 zeigt die horizontalen Komponenten der einzelnen Impulsvektoren. In jeder der beiden Querschnittshälften 10a, 10b sind die horizontalen Impulskomponenten tangential zu mittig in die Querschnittshälften eingeschriebenen Kreisen 17.1 bis 17.6 ausgerichtet. Sie definieren daher in bezug auf deren Mittelpunkte Ma, Mb einen Drehsinn, symbolisiert durch Pfeile 18a, 18b. Wegen der spiegelsymmetrischen Düsenanordnung ist der Drehsinn in der Querschnittshälfte 10a dem Drehsinn in der Querschnittshälfte 10b entgegengesetzt. Bei dem in Figur 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel haben die Kreise 17.1 bis 17.3 bzw. 17.4 bis 17.6, die den einzelnen Düsen zugeordnet sind, unterschiedliche Durchmesser. Es ist aber auch möglich, mehrere Düsen einer Querschnittshälfte zu einem einzigen Kreis tangential auszurichten. Die Durchmesser der Kreise 17.1 bis 17.6 liegen zwischen etwa 0,15b und 0,4b. Dabei ist b die Breite des Rauchgaskanals 11. Bei den Düsen 15.2 bis 15.5, deren Abstand von der Mittelebene 16 kleiner bzw. nicht viel größer als b/4 ist, weist die horizontale Komponente von der Mittelebene 16 weg. Bei der Düse 15.1, die in einem Abstand a1 = 0,4b von der Mittelebene 16 sitzt, ist die zugehörige horizontale Komponente rechtwinklig zur Rückwand 14 ausgerichtet, d.h. parallel zur Seitenwand 19a. Entsprechendes gilt natürlich für die Düse 15.6. Bei der Düse 15.2, die im Abstand a2 = 0,25b von der Mittellinie angeordnet ist, schließt die horizontale Komponente mit der Rückwand 14 einen Winkel α2 = 70° ein. Für die Düse 15.3 betragen die entsprechenden Daten a3 = 0,08b und α3 = 50°. Die Abstände können bis zu etwa ± 30%, die Winkel bis zu etwa ± 20% von den angegebenen Daten abweichen.
    Die Düsen 15.1 bis 15.6 sind gegen die Horizontale geneigt. Der Neigungswinkel β3 der Düse 15.3 ist gemäß Figur 3 der Winkel zwischen dem Impulsvektor und seiner Projektion in die horizontale Querschnittsebene der Mündungsöffnung 10. Die Neigungswinkel der übrigen Düsen, die der Übersichtlichkeit halber in Figur 3 nicht dargestellt sind, hat man sich entsprechend vorzustellen. Im allgemeinen liegt der Neigungswinkel β für alle Düsen zwischen -20° und +50°. Dabei weist das negative Vorzeichen auf eine nach unten gerichtete Neigung hin. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 werden die Neigungswinkel für die einzelnen Düsen vorzugsweise wie folgt gewählt: β1 = -10° ± 20° β2 = +10° ± 20° β3 = +20° ± 30°.
    Im Betrieb wird der Abfall im üblicher Weise auf den Rost 4 aufgegeben, durch Rotation der Walzen 5 auf dem Rost 4 vorwärts bewegt und dabei verbrannt. Am Ende des Rostes fallen die Verbrennungsrückstände aus. Von unten wird dem Rost Primärluft zugeführt. Sekundärluft wird von oben in den Feuerraum 1 eingeblasen.
    Im Feuerraum 1 stellt sich eine Rauchgasströmung ein, die in Figur 1 durch die Stromlinien 20, 21, 22 veranschaulicht ist. Der durch die Stromlinie 20 symbolisierte Teilstrom steigt aus dem vorderen Bereich des Rostes 4 auf. Er enthält feste und gasförmige brennbare Bestandteile. Dieser Teilstrom wird in der für Gleichstromfeuerungen charakteristischen Weise durch die Hauptverbrennungszone geleitet. Dort werden die brennbaren Bestandteile bei hoher Temperatur durch gezielte Sekundärluftzufuhr schon weitgehend verbrannt. Der aus dem mittleren Bereich entweichende Teilstrom 21 hat eine sehr hohe Temperatur, der Teilstrom 22 aus dem Endbereich des Rostes 4 hat noch einen relativ hohen Sauerstoffgehalt. Der gesamte Rauchgasstrom wird an der Ausfallseite nach oben umgelenkt und gelangt durch die Mündungsöffnung 10 in Schrägzug 12. Dort sollen die noch mitgeführten brennbaren Bestandteile restlos ausgebrannt werden. Hierzu ist neben einer ausreichenden Sauerstoffversorgung eine intensive Durchmischung der Strähnen erforderlich, die den Rauchgasstrom bilden.
    Erfindungsgemäß werden im Bereich der Mündungsöffnung 10 symmetrisch zur Mittelebene 16 Sekundärluftstrahlen eingeblasen. Die Richtung der Sekundärluftstrahlen ist so gewählt, daß jeder Strahl einen Drehimpuls hat in bezug auf die Mittelachse der Kanalhälfte. Der Drehsinn stimmt für alle Strahlen, die in eine Kanalhälfte eingeblasen werden, überein. Wegen der Spiegelsymmetrie ergibt sich in der Querschnittshälfte 10a ein Drehsinn, der dem Drehsinn in der Querschnittshälfte 10b entgegengesetzt ist. Die Sekundärluft wird mit einer Geschwindigkeit von 70 bis 100 m/s in den Rauchgasstrom eingeblasen. Der Anteil der im Bereich der Mündungsöffnung 10 eingeblasenen Sekundärluft an der Gesamtsekundärluft liegt bei etwa 25 bis 35 %.
    Durch die erfindungsgemäße Einblasung der Sekundärluft wird in dem Rauchgaskanal 11 und insbesondere in dem Schrägzug 12, der die Nachbrennkammer bildet, eine zur Mittelebene 16 symmetrische Doppelwirbelkonfiguration erzeugt. Das aus dem Feuerraum 1 entweichende Rauchgas wird durch Anordnung und Ausrichtung der Düsen in Gestalt zweier gegensinnig rotierender Wirbel schräg nach oben in den Schrägzug 12 eingeleitet. Es hat sich gezeigt, daß der beim Stand der Technik beobachtete Ablösewirbel völlig unterdrückt oder allenfalls auf eine unschädliche kleine Ablöseblase unmittelbar an der Dachkante 7 reduziert wird. In der Doppelwirbelströmung kommt es zu einer weitgehenden Homogenisierung in bezug auf Temperatur und stoffliche Zusammensetzung. Dadurch wird der Ausbrand mitgeführter brennbarer Bestandteile erheblich verbessert und der Schadstoffgehalt der Abgase deutlich reduziert.
    Figur 4 zeigt eine Feuerung, die gegenüber der bisher beschriebenen Feuerung im wesentlichen zwei Unterschiede aufweist: Der eine Unterschied besteht darin, daß der Rauchgaskanal 11 als durchgehend senkrechter Zug ausgebildet ist. Der zweite Unterschied besteht in der abweichenden Konfiguration der Düsen, die in Höhe der Mündungsöffnung 10 in den Rauchgaskanal 11 gerichtet sind. Diese Anordnung ist in Figur 5 symbolisch dargestellt.
    Gemäß Figur 5 sind die Düsen 24.1, 24.2 sowie 25.1 bis 25.5 nicht nur an der Rückwand 14 angebracht, sondern auch an den Seitenwänden 19a, 19b und der Vorderwand 26 des Rauchgaskanals 11 über der Kante 7. Die Düsen 24.1, 24.2 sind wesentlich größer als die Düsen 25.1 bis 25.5. Die Düsen 24.1, 24.2 sind tangential zu einem inneren Kreis 27 ausgerichtet, die kleineren Düsen 25.1 bis 25.5 tangential zu einem größeren Kreis 28. Der in Figur 5 nicht sichtbare Neigungswinkel β24 der Düsen 24.1, 24.2 ist verschieden von dem Neigungswinkel β25 der Düsen 25.1 bis 25.5.
    Durch die Düsen 24.1, 24.2 wird Sekundärluft mit hohem Impuls, d.h. großer Eindringtiefe, eingeblasen. Durch die Düsen 25.1 bis 25.5 wird Sekundärluft mit deutlich niedrigerem Impuls eingeblasen. Vorzugsweise ist die durch die Düsen 24.1, 24.2 eingebrachte Sekundärluftmenge größer als die durch die Düsen 25.1 bis 25.5 eingebrachte Sekundärluftmenge, mindestens jedoch gleich groß. Das Mengenverhältnis liegt zwischen 4:1 und 1:1. Es ist möglich, die Sekundärluft ganz oder teilweise durch rezirkuliertes Rauchgas zu ersetzen.
    Bei der Düsenanordnung gemäß Figur 5 bildet sich in jeder Kanalhälfte ein innerer Wirbel, der insbesondere durch die Düsen 24.1, 24.2 angefacht wird, und ein äußerer Wirbel, der durch die Düsen 25.1 bis 25.5 angefacht wird. Die Wirbel haben unterschiedliche Tangentialgeschwindigkeiten und wegen der unterschiedlichen Neigungswinkel β24, β25 auch unterschiedliche Axialgeschwindigkeiten. Dadurch entsteht zwischen den beiden Wirbeln eine Scherschicht. Dies führt zur Ausbildung einer mittel- und feinskaligen Turbulenz, die zur Homogenisierung beiträgt und die Reaktionskinetik verbessert.

    Claims (21)

    1. Verfahren zum Verbrennen von Abfall in einem Feuerraum (1), der nach oben durch eine dachförmige Feuerraumdecke abgeschlossen ist, wobei eine ausfallsseitige Dachkante (7) sich über dem Endbereich des Rostes befindet mit folgenden Merkmalen:
      der Abfall wird auf einen Rost (4) aufgegeben, auf dem Rost (4) vorwärts bewegt und dabei verbrannt;
      am Ende des Rostes (4) fallen Verbrennungsrückstände aus;
      durch den Rost (4) wird von unten Primärluft zugeführt;
      in den Feuerraum (1) wird Sekundärluft eingeblasen;
      das Rauchgas wird zum Endbereich des durch eine Rückwand (14) begrenzten Feuerraums (1) geführt umgelenkt und durch eine Mündungsöffnung (10) aus dem Feuerraum (1) in einen senkrechten oder rückwärts geneigten, durch die Rückwand (14) und zwei Seitenwände (19a, 19b) begrenzten Rauchgaskanal (11) eingeleitet;
      nach der Umlenkung werden noch feste und gasförmige Inhaltsstoffe nachverbrannt;
      dadurch gekennzeichnet,
      daß in der Nähe der Mündungsöffnung (10) durch die Rückwand (14) in die beiden durch eine Mittelebene (16) des Rauchgaskanals getrennten Kanalhälften (10a, 10b) spiegelsymmetrisch zur Mittelebene (16) mindestens je ein Sekundärluftstrahl mit einem Drehimpuls eingeblasen wird, der
      eine horizontale Komponente aufweist, die tangential zu einem mittig in den Querschnitt der zugehörigen Kanalhälfte (10a, 10b) eingeschriebenen Kreis (1 7.1 bis 17.6; 27, 28) ausgerichtet ist und daher in bezug auf dessen Mittelpunkt (Ma, Mb) einen Drehsinn definiert;
      daß die Sekundärluftstrahlen in die Zwischenräume zwischen den Mittelpunkten (Ma, Mb) und der zugehörigen Seitenwand (19a, 19b) des Rauchgaskanals eingeblasen werden;
      daß bei allen in eine Kanalhälfte (10a, 10b) eingeblasenen Sekundärluftstrahlen der Drehsinn übereinstimmt
      und daß der Drehsinn in der einen Kanalhälfte (10a) dem Drehsinn in der anderen Kanalhälfte (10b) entgegengesetzt ist, wobei Ablösewirbeln an der Dachkante (7) unterdrückt werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anteil von 25 bis 35 % der gesamten Sekundärluft im Bereich der Mündungsöffnung eingeblasen wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftstrahlen in einer Richtung eingeblasen werden die mit der Horizontalen einen Neigungswinkel β zwischen -20° und + 50° einschließt.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jede Kanalhälfte mehrere Sekundärluftstrahlen eingeblasen werden.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß in jede Kanalhälfte mindestens ein Sekundärluftstrahl mit höherem Impuls und ein Sekundärluftstrahl mit niedrigerem Impuls eingeblasen wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das zwischen zwei Sekundärluftstrahlen, die mit höherem Impuls eingeblasen werden, mindestens ein Sekundärluftstrahl mit niedrigerem Impuls eingeblasen wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit höherem Impuls eingeblasener Sekundärluftstrahl unter einem anderen Neigungswinkel β eingeblasen wird als ein mit niedrigerem Impuls eingeblasener Sekundärluftstrahl.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Sekundärluftmenge, die mit höherem Impuls eingeblasen wird, und der Sekundärluftmenge, die mit niedrigerem Impuls eingeblasen wird, zwischen 4:1 und 1:1 liegt.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche, 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß rezirkuliertes Rauchgas der Sekundärluft beigemischt oder als Sekundärluft verwendet wird.
    10. Feuerung zur Verbrennung von Abfällen in einem Feuerraum nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9,
      mit einem Beschickungsschacht (2) für den zu verbrennenden Abfall und einem Ausfallschacht (3) für die Verbrennungsrückstände,
      mit einem Rost (4), der sich vom Beschickungsschacht (2) bis zum Ausfallschacht (3) erstreckt und in Richtung auf den Ausfallschacht (3) geneigt ist,
      mit einem über dem Rost (4) befindlichen Feuerraum (1) der in der Müllflußrichtung durch eine Rückwand (14) begrenzt ist und einer dachförmigen Feuerraumdecke (6), die bis in die Nähe des Ausfallschachtes (3) reicht, wobei eine ansfallseitige Dachkante (7) sich über dem Endbereich des Rostes befindet
      mit Einrichtungen zum Zuführen von Primärluft durch den Rost (4),
      mit Düsen (9) zum Zuführen von Sekundärluft durch die Feuerraumdecke (6)
      und mit einem senkrechten oder rückwärts geneigten, durch eine Rückwand (14) und zwei Seitenwände (19a, 19b) begrenzten Rauchgaskanal (11), der durch eine über den Ausfallschacht (3) und dem benachbarten Endbereich des Rostes (4) befindliche Mündungsöffnung (10) mit dem Feuerraum (1) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
      daß in der Nähe der Mündungsöffnung (10) an der Rückwand der beiden durch eine Mittelebene (16) des Rauchgaskanals (11) getrennten Kanalhälften mindestens je eine Düse (15,1 bis 15.6) angeordnet ist,
      daß die Düsenanordnung der einen Kanalhälfte in bezug auf die Mittelebene (16) spiegelsymmetrisch zur Düsenanordnung der anderen Kanalhälfte ist,
      daß der Impulvektor jeder Düse eine horizontale Komponente hat, die tangential zu einem mittig in den Querschnitt (10a, 10b) der zugehörigen Kanalhälfte eingeschriebenen Kreis (1 7.1 bis 17.6; 27, 28) ausgerichtet ist und in bezug auf dessen Mittelpunkt (Ma, Mb) einen Drehsinn definiert,
      daß die Düsen (15. 1 bis 15.6) in die Zwischenräume zwischen den Mittelpunkten (Ma, Mb) und der zugehörigen Außenwand (19a, 19b) zielen
      daß allen Düsen einer Kanalhälfte der gleiche Drehsinn zugeordnet ist (Pfeile 18a 18b),
      und daß der Drehsinn in der einen Kanalhälfte dem Drehsinn in der anderen Kanalhälfte entgegengesetzt ist, wobei Ablösewirbeln an der Dachkante (7) unterdrückt werden.
    11. Feuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Düsen (24.2, 25.3 bis 25.5 an den Seitenwänden des Rauchgaskanals angeordnet sind.
    12. Feuerung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet daß die Düsen (15. 1 bis 15.6; 24.1, 24.2, 25.1 bis 25.5) mit der Horizontalen einen Neigungswinkel β einschließen.
    13. Feuerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß der Neigungswinkel β zwischen -20° und +50° liegt.
    14. Feuerung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel β für alle Düsen (15.1 bis 15.6) gleich groß ist.
    15. Feuerung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α für eine Düse, die näher bei der Mittelebene (16) angeordnet ist, kleiner ist als für eine weiter von der Mittelebene entfernte Düse.
    16. Feuerung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Kanalhälften je drei Düsen (15.1 bis 15.3; 15.4 bis 15.6) angeordnet sind.
    17. Feuerung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch folgende Bemessungsregel:
      a1/b = 0,40 ± 30%
      a2/b = 0,25 ± 30%
      a3/b = 0,08 ± 30%
      α1 = 90° ± 20°
      α2 = 70° ± 15°
      α3 = 50° ± 10°
      β1 = -10° ± 20°
      β2 = 10° ± 20°
      β3 = 20° ± 30°
      wobei b die Breite des Rauchgaskanals (11) ist.
    18. Feuerung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Kanalhälfte mindestens eine größere (24.1, 24.2) und eine kleinere Düse (25.1 bis 25.5) angeordnet ist.
    19. Feuerung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß, in jeder Kanalhälfte mindestens drei Düsen angeordnet sind und daß zwischen zwei größeren Düsen (24.1, 24.2) mindestens eine kleinere Düse (25.1 bis 25.4) angeordnet ist.
    20. Feuerung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die größeren Düsen (24.1, 24.2) tangential zu einem kleineren Kreis (27), die kleineren Düsen (25.1 bis 25.5) tangential zu einem größeren Kreis (28) ausgerichtet sind.
    21. Feuerung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die größeren Düsen (24. 1, 24.2) einen anderen Neigungswinkel β haben als die kleineren Düsen (25.1 bis 25.5).
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