EP2210044B1 - Verfahren zur regelung einer festbrennstoff-befeuerungseinrichtung - Google Patents
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- EP2210044B1 EP2210044B1 EP08852332.9A EP08852332A EP2210044B1 EP 2210044 B1 EP2210044 B1 EP 2210044B1 EP 08852332 A EP08852332 A EP 08852332A EP 2210044 B1 EP2210044 B1 EP 2210044B1
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Definitions
- the invention relates to a method for controlling a solid fuel firing device, which has at least a primary air supply and a primary flue gas recirculation, as well as a corresponding firing device.
- these various solid fuels may have a very high and, in addition, a widely varying water content.
- several different solid fuels can be used simultaneously, which of course can change their mixing ratio. Nevertheless, however, an optimal combustion quality should always be achieved.
- Previous methods consisted of adjusting the air conditions manually or manually operating a support burner. This leads due to the long reaction times to unstable combustion conditions and therefore poor combustion quality, which are characterized by slag formation, insufficient burnout or fluctuating temperatures in the combustion chamber.
- An object of the invention is to provide a continuously and automatically operating control for a solid fuel firing device even with changing fuel composition, which allows a constant combustion quality as possible over a longer time.
- the object is achieved by a method according to claim 1, according to which not only the desired values for the amount of primary air but also in air from a primary flue gas recirculation in dependence on the water content of the flue gas be set. This can be deduced by an automatic measurement of the water content of the flue gas on the conditions in the combustion chamber and these are adjusted by adjusting the amount of primary air and air from the flue gas recirculation accordingly. No manual intervention is necessary, not even the measurement of the water content of the fuel.
- a support burner can be switched on.
- a possible rule criterion is that with increasing water content of the flue gas, the amount of primary air increased and the amount of air from the primary flue gas recirculation is reduced. Since the primary air in this case will generally be drier than that from the primary flue gas recirculation, this should reduce the water content in the flue gas and thus also in the combustion chamber.
- the amount of primary air is reduced and the amount of air from the primary flue gas recirculation is increased.
- a possible embodiment of this is that depending on the water content of the flue gas, a correction factor is set, wherein the determined based on the amount of fuel setpoint for the primary air quantity multiplied by this correction factor and divided by the fuel quantity, the setpoint for the amount of air from the primary flue gas recirculation by the same correction factor.
- the determined based on the amount of fuel setpoint for the amount of air from the primary flue gas recirculation is multiplied by a further, dependent on the water content of the flue gas correction factor.
- the power is adjusted in dependence on the amount of exceeding the threshold value.
- the support burner is switched off.
- the firing device has a grate with litter feed, since these can react fastest to changes in the measured water content of the flue gas.
- the solid fuel burner according to the invention has a measuring device for measuring the water content of the flue gas, which is connected via a control device with a primary air blower and with a blower for primary flue gas recirculation such that the setpoints for the amount of primary air and air from the primary flue gas recirculation in Depending on the water content of the flue gas can be adjusted.
- Fig. 1 schematically the solid-firing device is shown.
- the fuel 9 is conveyed via a throw feeder 4 in the furnace, where it impinges on a grate 8 and is promoted on this through the furnace.
- the grate 8 moves in the direction of the litter feeder, ie in the Fig. 1 left to right.
- the fuel 9 is evenly distributed over the grate 8, so it always falls into an already burning environment.
- the heat of combustion of the already burning fuel is used.
- the litter feeding there is - in contrast to other grate firing - no drying zone without combustion. For this reason, the temperatures at the grate 8 in the litter feed are lower and problems such as slag formation and rust overheating can be prevented.
- the grate 8 opens both the supply of primary air, which is introduced by the primary air blower 5 in the furnace. Likewise, the supply for primary flue gas recirculation air opens under the grate 8, which is also promoted by a fan 6 in the furnace.
- Primary air is ambient air that is supplied to the combustion chamber. It has an oxygen content of about 21%.
- Flue gas recirculation air is flue gas, which is usually taken after the last heat exchanger, the so-called economizer. When this flue gas recirculation air is introduced below the grate 8, it is called primary flue gas recirculation.
- the recirculated flue gas or the oxygen still contained therein is used for the combustion, the combustion process itself can be influenced.
- the flue gas recirculation air When the flue gas recirculation air is introduced above the grate 8, it is called secondary flue gas recirculation.
- the recirculated flue gas is merely used to limit the temperature of the flue gas produced during combustion.
- the proportion of oxygen in the combustion air increases at a lower inert gas content. If the water content in the fuel is so high that stable combustion is not possible (because so much heat is needed for drying), the support burner 4 is switched to support it. The flame radiation of the support burner 4 causes an additional drying of the fuel, as well as the increased burner temperatures in the gas above the ember bed.
- the flue gas 10 produced during combustion rises in the firing device and is fed to a heat recovery device.
- the measuring device 1 for the water content of the flue gas and the lambda probe 2 is arranged in the area of this heat recovery device.
- the measured values of these two devices are supplied to the regulating device 7, which regulates both the supply of primary air, ie the primary air blower 5, and the supply of primary flue gas recirculation air, ie the corresponding blower 6, as well as the support burner 4 and the throw feeder 3.
- the support burner 4 is arranged in the combustion chamber and is then switched on when the water content of the flue gas exceeds a threshold which can not be controlled back sufficiently with the air control alone or not sufficiently fast. The larger the threshold is exceeded, the higher the output of the support burner is set. If the water content of the flue gas drops below the threshold again, then the support burner is switched off again.
- the performance of the furnace is controlled by changing the amount of fuel supplied, e.g. by changing the speed of the metering screws, regulated as a function of the required heat output.
- the curves of FIGS. 2 and 3 are determined by calculation and adjusted empirically when commissioning the firing device if necessary.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Festbrennstoff-Befeuerungseinrichtung, welche zumindest über eine Primärluftzufuhr und eine Primär-Rauchgasrezirkulation verfügt, sowie eine entsprechende Befeuerungseinrichtung.
- Wenn Befeuerungseinrichtungen mit verschiedenen Festbrennstoffen (z.B. Holz, Rejekt, Klärschlamm, ...) beheizt werden, können diese verschiedenen Festbrennstoffe einen sehr hohen und zusätzlich auch einen stark schwankenden Wassergehalt aufweisen. Zudem können mehrere verschiedene Festbrennstoffe gleichzeitig zum Einsatz kommen, wobei sich natürlich auch deren Mischungsverhältnis ändern kann. Trotzdem soll aber immer eine optimale Verbrennungsqualität erzielt werden.
- Bisherige Verfahren bestanden etwa darin, die Luftverhältnisse manuell einzustellen oder einen Stützbrenner manuell zu betreiben. Dies führt wegen der langen Reaktionszeiten zu instabilen Verbrennungsverhältnissen und daher zu schlechter Verbrennungsqualität, die durch Schlackebildung, ungenügenden Ausbrand oder schwankende Temperaturen im Verbrennungsraum gekennzeichnet sind.
- Aus bisherigen Veröffentlichungen ist bekannt, eine Regelung der Luftzufuhr unter anderem vom Wassergehalt des Brennstoffes abhängig zu machen, siehe etwa
DE 100 12 895 A1 . Allerdings setzt dies eine genaue Kenntnis des Wassergehalts des Brennstoffes voraus, was bei wechselnder Brennstoffzusammensetzung einen unzumutbaren Aufwand bedeutet. Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus denEP 1 046 861 A1 bekannt. - Eine Aufgabe der Erfindung ist es, auch bei wechselnder Brennstoffzusammensetzung eine kontinuierlich und automatisch arbeitende Regelung für eine Festbrennstoffbefeuerungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, welche über eine längere Zeit eine möglichst gleichbleibende Verbrennungsqualität ermöglicht.
- Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, gemäß welchem nicht nur die Sollwerte für die Menge an Primärluft sonder auch an Luft aus einer Primär-Rauchgasrezirkulation in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Rauchgases eingestellt werden. Dadurch kann durch eine automatische Messung des Wassergehalts des Rauchgases auf die Verhältnisse im Verbrennungsraum rückgeschlossen werden und diese durch Einstellung der Menge an Primärluft und Luft aus der Rauchgasrezirkulation entsprechend eingestellt werden. Manueller Eingriff ist keiner notwendig, auch nicht die Messung des Wassergehalts des Brennstoffs.
- Es kann jedoch aufgrund des Wassergehaltes des Rauchgases auf den Wassergehalt des Brennstoffes rückgeschlossen werden, denn die im Brennstoff enthaltene Feuchtigkeit wird zwangsläufig den Wassergehalt im Rauchgas bestimmen bzw. ein höherer Wassergehalt des Brennstoffes einen höheren Wassergehalt des Rauchgases bedingen.
- Die Verbrennung von völlig trockenem Holz würde etwa zu einem Wassergehalt des Rauchgases von 5,3% führen. Hat das Holz jedoch einen Wassergehalt von 50%, so steigt der Wassergehalt des Rauchgases auf 14,6%, wobei diese Werte auf einen Sauerstoffgehalt von 11 % trocken bezogen sind.
- Um sicherzustellen, dass auch bei sehr hohem Wassergehalt des Brennstoffes eine zufriedenstellende Verbrennungsqualität gegeben ist, kann vorgesehen werden, dass zusätzlich in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Rauchgases ein Stützbrenner zugeschaltet werden kann.
- Ein mögliches Regelkriterium besteht darin, dass bei steigendem Wassergehalt des Rauchgases die Primärluftmenge erhöht und die Luftmenge aus der Primär-Rauchgasrezirkulation verringert wird. Da die Primärluft in diesem Fall in der Regel trockener sein wird als die aus der Primär-Rauchgasrezirkulation, sollte sich dadurch der Wassergehalt im Rauchgas und damit auch im Verbrennungsraum reduzieren.
- Entsprechend kann vorgesehen werden, dass bei fallendem Wassergehalt des Rauchgases die Primärluftmenge verringert und die Luftmenge aus der Primär-Rauchgasrezirkulation erhöht wird.
- Eine mögliche Ausführungsform hierfür besteht darin, dass in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Rauchgases ein Korrekturfaktor festgelegt wird, wobei der aufgrund der Brennstoffmenge ermittelte Sollwert für die Primärluftmenge mit diesem Korrekturfaktor multipliziert und der aufgrund der Brennstoffmenge ermittelte Sollwert für die Luftmenge aus der Primär-Rauchgasrezirkulation durch den gleichen Korrekturfaktor dividiert wird. Hier kann dann weiters vorgesehen werden, dass der aufgrund der Brennstoffmenge ermittelte Sollwert für die Luftmenge aus der Primär-Rauchgasrezirkulation mit einem weiteren, vom Wassergehalt des Rauchgases abhängigen Korrekturfaktor multipliziert wird.
- Um auch bei starkem Anstieg des Wassergehalts des Rauchgases ein rasches Ergebnis zu erzielen, kann vorgesehen werden, dass bei Überschreitung eines Schwellwertes des Wassergehalts des Rauchgases der Stützbrenner zugeschaltet wird, wobei dessen Leistung in Abhängigkeit von der Höhe der Überschreitung des Schwellwertes eingestellt wird.
- Entsprechend kann vorgesehen sein, dass bei Unterschreitung eines Schwellwertes des Wassergehalts des Rauchgases der Stützbrenner abgeschaltet wird.
- Von Vorteil ist, wenn die Befeuerungseinrichtung einen Rost mit Wurfbeschickung aufweist, da diese am schnellsten auf Änderungen des gemessenen Wassergehaltes des Rauchgases reagieren können.
- Die erfindungsgemäße Festbrennstoffbefeuerungseinrichtung verfügt über ein Messgerät zur Messung des Wassergehalts des Rauchgases, welches über eine Regelungseinrichtung mit einem Primärluftgebläse sowie mit einem Gebläse zur Primär-Rauchgasrezirkulation derart verbunden ist, dass die Sollwerte für die Menge an Primärluft und an Luft aus der Primär-Rauchgasrezirkulation in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Rauchgases eingestellt werden können.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im Folgenden erläutert.
- Dabei zeigen:
-
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage, -
Fig. 2 einen Korrekturfaktor für die Zufuhr von Primärluft und Luft aus der Primär-Rauchgasrezirkulation -
Fig. 3 einen Korrekturfaktor für die Menge an Luft aus der Primär-Rauchgasrezirkulation. - In
Fig. 1 ist schematisch die Feststoff-Befeuerungseinrichtung dargestellt. Der Brennstoff 9 wird über einen Wurfbeschicker 4 in den Feuerraum gefördert, wo er auf einem Rost 8 auftrifft und auf diesem durch den Feuerraum gefördert wird. Der Rost 8 bewegt sich dabei in Richtung des Wurfbeschickers, also in derFig. 1 von links nach rechts. Der Brennstoff 9 wird gleichmäßig über den Rost 8 verteilt, er fällt also immer in eine bereits brennende Umgebung. Zur Trocknung des Brennstoffes 9 vor dem Zünden wird die Verbrennungswärme des bereits brennenden Brennstoffes benützt. Bei der Wurfbeschickung gibt es - im Unterschied zu anderen Rostfeuerungen - keine Trocknungszone ohne Verbrennung. Aus diesem Grund sind die Temperaturen am Rost 8 bei der Wurfbeschickung geringer und Probleme wie Schlackebildung und Rostüberhitzung können verhindert werden. - Unterhalb des Rosts 8 mündet sowohl die Zufuhr für Primärluft, die durch das Primärluftgebläse 5 in den Feuerraum eingebracht wird. Ebenso mündet die Zufuhr für Primär-Rauchgasrezirkulationsluft unter dem Rost 8, welche ebenfalls durch ein Gebläse 6 in den Feuerraum gefördert wird.
- Primärluft ist Umgebungsluft, die dem Feuerraum zugeführt wird. Sie hat einen Sauerstoffanteil von etwa 21%. Rauchgasrezirkulationsluft ist Rauchgas, das in der Regel nach dem letzten Wärmetauscher, dem sogenannten Economiser, entnommen wird. Wenn diese Rauchgasrezirkulationsluft unterhalb des Rostes 8 eingebracht wird, spricht man von Primär-Rauchgasrezirkulation. Das rezirkulierte Rauchgas bzw. der darin noch enthaltene Sauerstoff wird für die Verbrennung verwendet, der Verbrennungsvorgang selbst kann damit beeinflusst werden.
- Wenn die Rauchgasrezirulationsluft oberhalb des Rostes 8 eingebracht wird, spricht man von Sekundär-Rauchgasrezirkulation. Das rezirkulierte Rauchgas wird lediglich zur Temperaturbegrenzung des bei der Verbrennung entstehenden Rauchgases herangezogen.
- Um nun bei der Wurfbeschickung sicher zu stellen, dass die Temperaturen am Rost 8 nicht zu niedrig werden, und die Verbrennung daher aufhört oder unvollständig verläuft, ist es erforderlich, das Sauerstoffangebot zur Verbrennung zu variieren. Dies geschieht durch die Mischung der Primärluft (21% Sauerstoffgehalt) mit Rezirkulationsluft (ca. 5% bis 10% Sauerstoffgehalt). Die Mischung der beiden Luftanteile erfolgt bereits vor dem Eintritt in das Glutbett. Ein höherer Rezirkulationsluftanteil bewirkt wegen der erhöhten Menge an Inertgas eine Reduktion der Verbrennungstemperatur und zusätzlich eine Reduktion der Trocknungsgeschwindigkeit des (frisch verteilten) Brennstoffes, ein kleinerer Rezirkulationsluftanteil bewirkt das Gegenteil. Bei hohem Wassergehalt im Brennstoff muss daher der Rezirkulationsluftanteil reduziert werden, gleichzeitig wird die Frischluftmenge erhöht. In Summe erhöht sich also der Sauerstoffanteil in der Verbrennungsluft bei niedrigerem Inertgasanteil. Sollte der Wassergehalt im Brennstoff so hoch sein, dass eine stabile Verbrennung nicht möglich ist (weil soviel Wärme für die Trocknung benötigt wird), wird der Stützbrenner 4 zur Unterstützung dazu geschaltet. Die Flammenstrahlung des Stützbrenners 4 bewirkt eine zusätzliche Trocknung des Brennstoffes, ebenso die bei Brennerbetrieb erhöhten Temperaturen des Gases über dem Glutbett.
- Das bei der Verbrennung entstehende Rauchgas 10 steigt in der Befeuerungseinrichtung nach oben und wird einer Wärmerückgewinnungseinrichtung zugeführt. Im Bereich dieser Wärmerückgewinnungseinrichtung ist das Messgerät 1 für den Wassergehalt des Rauchgases sowie die Lambda Sonde 2 angeordnet. Die Messwerte dieser beiden Geräte werden der Regelungseinrichtung 7 zugeführt, welche sowohl die Zufuhr von Primärluft, also das Primärluftgebläse 5, als auch die Zufuhr von Primär-Rauchgasrezirkulationsluft, also das entsprechende Gebläse 6, als auch den Stützbrenner 4 und den Wurfbeschicker 3 regelt.
- Der Stützbrenner 4 ist im Feuerraum angeordnet und wird dann zugeschaltet, wenn der Wassergehalt des Rauchgases einen Schwellwert überschreitet, der mit der Luftregelung allein nicht ausreichend oder nicht ausreichend schnell zurückgeregelt werden kann. Je größer die Überschreitung des Schwellwerts ist, desto höher wird die Leistung des Stützbrenners eingestellt. Wenn der Wassergehalt des Rauchgases wieder unter den Schwellwert sinkt, dann wird der Stützbrenner wieder abgeschaltet.
- Die Leistung der Feuerung wird durch Änderung der zugeführten Brennstoffmenge, also z.B. durch Änderung der Drehzahl der Dosierschnecken, in Abhängigkeit der erforderlichen Wärmeleistung geregelt.
- Die Sollwerte für die Menge an Primärluft und an Luft aus der Primär-Rauchgasrezirkulation werden vorerst in Abhängigkeit von der Brennstoffmenge, also z.B. von der Drehzahl der Dosierschnecken, ermittelt. In der Darstellung in
Fig. 2 und 3 sind auf der waagrechten Achse (x-Achse) der Wassergehalt des Rauchgases (H2O) aufgetragen, auf der senkrechten Achse (y-Achse) die Korrekturfaktoren für die Sollwerte für die Menge an Primärluft und an Luft aus der Primär-Rauchgasrezirkulation (Fig. 2 ) bzw. nur für den Sollwert der Menge an Primär-Rauchgasrezirkulationsluft (Fig. 3 ). Der vorab aufgrund der Brennstoffmenge ermittelte Sollwert für die Luftzufuhr entspricht dem Wert 1 auf der senkrechten Achse. Wenn sich nun aufgrund einer Änderung der Zusammensetzung des Brennstoffes der Wassergehalt des Rauchgases ändert, ist den Kurven derFig. 2 und 3 folgend die Menge an Primärluft und an Luft aus der Primär-Rauchgasrezirkulation zu ändern, und zwar wie folgt: - Die Menge an Primärluft wird mit dem Korrekturfaktor aus
Fig. 2 multipliziert. - Die Menge an Luft aus der Primär-Rauchgasrezirkulation wird durch den Korrekturfaktor aus
Fig. 2 dividiert und mit dem Korrekturfaktor ausFig. 3 multipliziert. - Da der Korrekturfaktor aus
Fig. 3 bei 18% Wasseranteil im Rauchgas gegen Null geht, wird oberhalb dieses Wasseranteils keine Luft aus der Primär-Rauchgasrezirkulation zugeführt. - Die Kurven der
Fig. 2 und 3 werden rechnerisch ermittelt und bei der Inbetriebsetzung der Befeuerungseinrichtung bei Bedarf empirisch angepasst. -
- 1
- Messgerät für den Wassergehalt des Rauchgases
- 2
- Lambda Sonde
- 3
- Wurfbeschicker
- 4
- Stützbrenner
- 5
- Primärluftgebläse
- 6
- Gebläse für Primär-Rauchgasrezirkulationsluft
- 7
- Regelungseinrichtung
- 8
- Rost
- 9
- Brennstoff
- 10
- Rauchgas
Claims (12)
- Verfahren zur Regelung einer Festbrennstoff-Befeuerungseinrichtung, welche zumindest über eine Primarluftzufuhr verfügt, wobei die Sollwerte für die Menge an Primärluft in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Rauchgases eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Festbrennstoff-Befeuerungseinrichtung über eine Primär-Rauchgasrezirkulation vestügt, und dass die Sollwerte für die Menge an Luft aus der Primär-Rauchgasrezirkulation in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Rauchgases eingestellt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Rauchgases ein Stützbrenner zugeschaltet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei steigendem Wassergehalt des Rauchgases die Primärluftmenge erhöht und die Luftmenge aus der Primär-Rauchgasrezirkulation verringert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei fallendem Wassergehalt des Rauchgases die Primärluftmenge verringert und die Luftmenge aus der Primär-Rauchgasrezirkulation erhöht wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Rauchgases ein Korrekturfaktor festgelegt wird, wobei der aufgrund der Brennstoffmenge ermittelte Sollwert für die Primärluftmenge mit diesem Korrekturfaktor multipliziert und der aufgrund der Brennstoffmenge ermittelte Sollwert für die Luftmenge aus der Primär-Rauchgasrezirkulation durch den gleichen Korrekturfaktor dividiert wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgrund der Brennstoffmenge ermittelte Sollwert für die Luftmenge aus der Primär-Rauchgasrezirkulation mit einem weiteren, vom Wassergehalt des Rauchgases abhängigen Korrekturfaktor multipliziert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung eines Schwellwertes des Wassergehalts des Rauchgases der Stützbrenner zugeschaltet wird, wobei dessen Leistung in Abhängigkeit von der Höhe der Überschreitung des Schwellwertes eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung eines Schwellwertes des Wassergehalts des Rauchgases der Stützbrenner abgeschaltet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuerungseinrichtung einen Rost mit Wurfbeschickung aufweist.
- Festbrennstoffbefeuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese über ein Messgerät (1) zur Messung des Wassergehalts des Rauchgases verfügt, welches über eine Regelungseinrichtung (7) mit einem Primärluftgebläse (5) sowie mit einem Gebläse (6) zur Primär-Rauchgasrezirkulation derart verbunden ist, dass die Sollwerte für die Menge an Primärluft und an Luft aus der Primär-Rauchgasrezirkulation in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Rauchgases eingestellt werden können.
- Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützbrenner (4) vorgesehen ist.
- Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rost (8) mit einer Wurfbeschickung (4) vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
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