DE19613777A1 - Verbrennungsanlage und Nachverbrennungsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsanlage und ein Nachverbren­ nungsverfahren gemäß den Oberbegriffsmerkmalen der Ansprüche 1 und 8.

Es ist eine Verbrennungsanlage und ein Verfahren zur Wirbelschichtfeue­ rung für pastöse, flüssige, staubige oder körnige Abfallstoffe bekannt, (DE 38 39 381), die aus zwei übereinander angeordneten zylindrischen Brennkammern besteht, die über einen Engpaß miteinander verbunden sind und in denen entgegengesetzte Drallrichtungen erzeugt werden.

Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist zunächst, daß die Anlage sehr aufwendig konstruiert ist und kein grober Abfall oder Müll verfeuert werden kann. Dies erfolgt gewöhnlich in Verbrennungsanlagen mit Rostfeuerung, die bedingt durch diese Brennstoffzufuhr auf recht­ winkligen Rosten ebenfalls rechtwinklige Feuerräume und Rauchgasab­ zuge mit rechtwinkligen Nachverbrennungsräumen und Gasstrahlungs­ räumen aufweisen. Eine einfache vertikale Drallerzeugung im Abgas­ strom würde zu Abgassträhnen unvollkommen verbrannter Gase führen, die sich im Zentrum des Wirbels oder in den Ecken durch den Abgas­ kamin ziehen würden und dort die Oberfläche verstärkt korrodieren.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine einfach aufgebaute Ver­ brennungsanlage und ein Nachverbrennungsverfahren zur Verfügung zu stellen, welches zu einem homogenen und vollständig verbrannten Abgas führt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 8 angegebenen techni­ schen Lehren vermittelt.

Die in mehreren benachbarten Ebenen zwischen Feuerraum und Nach­ verbrennungsraum angeordneten Düsen erfüllen dabei jeweils mehrere Aufgaben. Alle Düsen erzeugen einen Strahl mit einer horizontalen Kom­ ponente, die im Abgasstrom einen gleichgerichteten Drall hervorrufen, so daß die Verweildauer des Abgases im Nachverbrennungsraum ver­ längert wird. Weiterhin zerschneiden die nah und parallel zum Wandbe­ reich einstrahlenden Einströmdüsen die in den Eckbereichen möglicher­ weise bei der Primärverbrennung entstandene Abgassträhnen und zum anderen erzeugen sie eine dünne, die Wandungen schützende Grenz­ schicht, so daß diese nicht mehr so stark der Korrosion durch aggressive unvollständig Verbrennungsprodukte ausgesetzt sind.

Die in der folgenden Ebene angeordneten Einströmdüsen sind weiter nach innen gerichtet, so daß der Abgaswirbel auch innen beschleunigt wird und im Abgaswirbel ein horizontaler Gasaustausch auch von innen nach außen und umgekehrt erfolgt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeu­ gen die Einströmdüsen einen Strahl mit einer geringen vertikalen Kom­ ponente nach unten, so daß der aufsteigende Abgasstrom leicht abge­ bremst wird, was die Verweildauer des Abgases im Nachverbrennungs­ raum weiter erhöht. Die Düsen können dabei entweder einen festen An­ stellwinkel gegen die Horizontale aufweisen, oder variabel anstellbar sein, so daß während des Verbrennungsvorganges auf die Nachver­ brennung Einfluß genommen werden kann.

Eine vorteilhafte Variante einer Einströmdüse ist als Drallauslaß ausge­ bildet, so daß dem eingedüsten Gas ein zusätzlicher Drall aufgeprägt werden kann, was dazu führt, daß der Strahl durch einen Ansaugeffekt Abgas aufnimmt, wodurch die Vermischung mit Sauerstoffhaltiger Luft insgesamt deutlich verbessert wird. Je nachdem, ob der von den Ein­ strömdüsen erzeugte Drall entgegen oder in Richtung des Abgasstromes gerichtet ist, kann die Ausströmgeschwindigkeit des Abgases weiter vermindert werden.

Als einzudüsendes Gas kann alternativ oder gemeinsam je nach Anfor­ derung und zu verbrennendem Material Luft, ein Luft-Abgas-Gemisch oder ein Luft-Dampf-Gemisch verwendet werden. Die Einströmge­ schwindigkeit beträgt dabei vorzugsweise mehr als 150 m/s, was den Effekt des Zerschneidens von unvollständig verbrannten Abgassträhnen durch den gesamten Querschnitt des Abgaskanals, zumindest aber bis zu einer gegenüberliegenden Ecke, ermöglicht.

Vorteilhafterweise sind im Abgasstrom Meßwertaufnehmer bzw. Senso­ ren angeordnet, die die Zusammensetzung des Abgases erfassen und über einen angeschlossenen Rechner die optimale Zusammensetzung, Geschwindigkeit, Einströmwinkel und Temperatur des einzudüsenden Gases bestimmen.

Eine Verbrennungsanlage mit einem rechteckigen Querschnitt des Feu­ er- bzw. Nachverbrennungsraumes, der eine Länge von fast der Doppel­ ten Breite aufweist, z. B. 4000 mm × 7000 mm, wie er bei herkömmli­ chen Müllverbrennungsanlagen anzutreffen ist, kann in einer vorteilhaf­ ten Ausführungsform im Bereich der halben Länge so mit in den Raum hineingerichteten Einströmdüsen versehen und die anderen Einströmdü­ sen so ausgerichtet sein, daß zwei sich gegensinnig drehende Abgaswirbel erzeugbar sind. Die mittigen Einströmdüsen sind dabei in den glei­ chen Ebenen angeordnet wie die anderen Düsen und ebenso tangential auf einen größeren und einen kleineren Durchmesser des Abgaswirbels gerichtet.

Ein weiterer Vorteil dieser Verbrennungsanlage besteht darin, daß sich beispielsweise herkömmliche Müllverbrennungsanlagen auf einfache Art und Weise zu der erfinderischen Anlage und dem damit durchführbaren Verbrennungsverfahren umrüsten lassen.

Das mit dieser Anlage durchführbare erfindungsgemäße Nachverbren­ nungsverfahren hat den Vorteil, daß die Rauchgase sehr intensiv mit sauerstoffhaltiger Luft oder einem Luft-Abgas- oder Luft-Dampf-Ge­ misch durchmischt werden können, so daß eine vollständige Nachver­ brennung stattfinden kann. Das Indrehungversetzen eines Abgasstromes durch Beschleunigung eines äußeren und eines inneren Bereichs führt auch in horizontaler Richtung zu einem verbesserten Gasaustausch. Weiterhin bremsen die leicht nach unten geneigten Einströmdüsen die Strömungsgeschwindigkeit des Gesamtabgasstromes und erhöhen die Verweilzeit der Abgase in der Nachverbrennungszone. Dieser Effekt und die Durchmischung werden noch dadurch verstärkt, daß die Einströmdü­ sen dem eingespritzten Medium einen Drall aufprägen, der dazu führt, daß Abgase in den Strahl eingesogen werden, so daß sich die Vermi­ schung noch weiter verbessert.

Durch das Eindüsen mit einer Gasgeschwindigkeit von über 150 m/s wird erreicht, daß der Abgasstrom regelrecht zerschnitten wird, so daß keine Abgassträhnen unvollständig verbrannter Abgase erhalten bleiben können. Das Verfahren läuft bevorzugt bei Temperaturen zwischen 900°C und 1200°C ab.

Nachfolgend werden zwei Beispiele der Erfindung anhand von Zeich­ nungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eine Verbrennungsanlage mit Rostfeuerung im Schnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt des Nachverbrennungsraumes in einer ersten Einströmdüsenebene entlang der Linie 2-2,

Fig. 3 einen Querschnitt nach Fig. 2 in einer zweiten Düsenebene ent­ lang der Linie 3-3,

Fig. 4 eine Querschnitt durch einen rechtwinkligen Nachverbrennungs­ raum mit Doppelwirbel in einer ersten Einströmdüsenebene und

Fig. 5 einen Querschnitt nach Fig. 4 in einer zweiten Düsenebene.

Die Verbrennungsanlage besteht unter anderem aus einem Feuerrost 1, einem darüber angeordneten quadratischen bzw. rechteckigen Feuer­ raum 2 und nachgeschalteten Gasstrahlungsräumen 4, 5, 6. Im Bereich zwischen Feuerraum 2 und Nachverbrennungsraum 3 sind in einer er­ sten Ebene 7 Einströmdüsen angeordnet, die jeweils einen etwa parallel zur Wand und leicht entgegen der Ausströmrichtung des Abgases gerich­ teten und mit einem Drall beaufschlagten Strahl erzeugen.

Die Hauptwirkungslinien der horizontalen Komponente dieser Strahlen verlaufen etwa tangential zu einem großen Querschnittskreis 11, 13 der Abgassäule 9.

In einer zweiten Ebene 8 sind die dort angeordneten Düsen so ausge­ richtet, daß die Hauptwirkungslinien der horizontalen Komponenten der Strahlen etwa tangential zu einem kleineren Querschnittskreis 12, 14 der Abgassäule 9 verlaufen.

In einem quadratischen Rauchgasabzug wird ein einzelner Abgaswirbel erzeugt (Fig. 2, 3) und in einem rechteckigen, mit zur Breite etwa doppel­ ter Länge zwei gegensinnig drehende Abgaswirbel (Fig. 4, 5).

Bei diesem Nachverbrennungsverfahren kann die Wirbelgeschwindigkeit und die Ausströmgeschwindigkeit des Rauchgases je nach Bedarf variiert werden. Durch die gesteuerte Einflußnahme auf die Zusammensetzung, Temperatur und die Richtung des eingedüsten Gases ist eine gezielte Steuerung und Regelung der gesamten Nachverbrennung möglich.

Claims (14)

1. Verbrennungsanlage, insbesondere für eine Rostfeuerung mit festen Brennstoffen oder Müll, mit einem Feuerraum, einem Nachverbren­ nungsraum und einem nachgeordneten Gasstrahlungsraum, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen Feuerraum (2) und Nachver­ brennungsraum (3) in mindestens zwei benachbarten Ebenen (7, 8) Ein­ strömdüsen angeordnet sind, wobei die Einströmdüsen in einer Ebene (7) so angeordnet sind, daß nahe jedem ebenen Wandabschnitt ein da­ zu paralleler Strom (10) etwa tangential zu einem größeren Quer­ schnittskreis (11, 13) eindüsbar ist und daß die Einströmdüsen in einer anderen Ebene (8) tangential zu einem gedachten kleineren Quer­ schnittskreis (12, 14) in gleicher und gemeinsamer Umfangsrichtung mit den Einströmdüsen der anderen Ebene (7), nach innen gerichtet sind.

2. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige Einströmdüsen mindestens einer Ebene (7, 8) gegen­ über der Horizontalen um einige Winkelgrade gegen die Hauptbewe­ gungsrichtung des Abgasstromes angestellt oder variabel anstellbar sind.

3. Verbrennungsanlage nach einem oder beiden der vorgenannten An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Einströmdüse als links- oder rechtsdrehender Drallauslaß ausgeführt ist.

4. Verbrennungsanlage nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch jede Einströmdüse indi­ viduell oder gruppenweise Luft, ein Luft-Abgas- oder ein Luft-Dampf­ gemisch mit vorherbestimmbarer Zusammensetzung und Temperatur zuführbar ist.

5. Verbrennungsanlage nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einer hohen Ge­ schwindigkeit von mehr als 150 m/s zuführbar ist.

6. Verbrennungsanlage nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Rauchgasstrom mit einem Rechner verbundene Meßwertaufnehmer und/oder Sensoren angeord­ net sind, mit dem die Rauchgasqualität über die Einströmdüsen und das eingedüste Gas bzw. Gasgemisch einregelbar ist.

7. Verbrennungsanlage nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem rechteckigen Feuer­ raum (2) bzw. Nachverbrennungsraum (3) mit etwa einer Länge die der doppelten Breite entspricht, im Bereich der halben Länge in den Ebenen (7, 8) der anderen Einströmdüsen weitere Einströmdüsen angeordnet sind, von denen diejenigen, die in der Ebene (7) derjenigen liegen, die in einem zu einer Wand parallelen Strom (10) eindüsen, etwa rechtwink­ lig bis leicht nach innen abgewinkelt in den Nachverbrennungsraum (3) gerichtet sind und die Einströmdüsen der anderen Ebene (8) stärker in jeweils eine Hälfte des Raumes (3) abgewinkelt so ausgerichtet sind, daß in jeder der Hälften des Raumes (3) ein gegensinnig drehende Abgas­ wirbel (9) erzeugbar ist.

8. Nachverbrennungsverfahren für eine Verbrennungsanlage nach ei­ nem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich zwischen Feuerraum (2) und Nachverbren­ nungsraum (3) in mindestens zwei unmittelbar benachbarten Ebenen (7, 8) Einströmdüsen angeordnet sind, die in der ersten Ebene (7) einen Strom (10) parallel zu den Seitenwänden eindüsen, wobei ein Abgaswir­ bel (9) mit einem größeren Durchmesser (11, 13) erzeugt wird und daß in der zweiten Ebene (8) die Einströmdüsen so angeordnet sind, daß sie Gas tangential zu einem kleineren Durchmesser (12, 14) eindüsen und den Drall innen im Abgaswirbel (9) erhöhen.

9. Nachverbrennungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß in einem rechteckigen Feuerraum (2) bzw. Nachverbrennungs­ raum (3) zwei gegensinnig drehende Abgaswirbel (9) erzeugt werden.

10. Nachverbrennungsverfahren nach einem oder beiden der vorge­ nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmdüsen gegen die Horizontale leicht nach unten geneigt oder neigbar sind, so daß der Abgasstrom gebremst und die Verweilzeit im Nachverbren­ nungsraum (3) verlängert wird.

11. Nachverbrennungsverfahren nach einem oder mehreren der vorge­ nannten Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem einge­ düsten Gas ein Drall aufgeprägt wird, der im Nachverbrennungsraum (3) Abgas in sich einsaugt und die Durchmischung verbessert.

12. Nachverbrennungsverfahren nach einem oder mehreren der vorge­ nannten Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einer hohen Geschwindigkeit von über 150 m/s eingedüst wird und vor­ handene Abgassträhnen zerschneidet.

13. Nachverbrennungsverfahren nach einem oder mehreren der vorge­ nannten Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Ab­ gaszusammensetzung als Gas Luft, eine Luft-Abgas-Gemisch oder ein Luft-Dampf-Gemisch verwendet wird.

14. Nachverbrennungsverfahren nach einem oder mehreren der vorge­ nannten Ansprüchen 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nach­ verbrennung in einem Bereich zwischen 900°C und 1200°C erfolgt.