| Dokumentenidentifikation |
DE10058762B4 10.03.2005 |
| Titel |
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben von Verbrennungsanlagen |
| Anmelder |
Martin GmbH für Umwelt- und Energietechnik, 80807 München, DE |
| Erfinder |
Martin, Johannes, 81929 München, DE; Augstein, Horst, 85778 Haimhausen, DE; Schloms, Henner-Siegbert, 87452 Altusried, DE |
| Vertreter |
Zmyj, E., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing., Pat.-Anw., 81669 München |
| DE-Anmeldedatum |
27.11.2000 |
| DE-Aktenzeichen |
10058762 |
| Offenlegungstag |
06.06.2002 |
| Veröffentlichungstag der Patenterteilung |
10.03.2005 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
10.03.2005 |
| IPC-Hauptklasse |
F23L 15/00
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| IPC-Nebenklasse |
F23G 5/44
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| Beschreibung[de] |
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben von Verbrennungsanlagen
mit Verbrennungsluft, welche aus einem Bunker mit Abfallstoffen angesaugt wird und
feuchte Luft sowie feuchten Staub enthält, in einem Luftvorwärmer erhitzt und zu
einer Feuerung gefördert wird. Die Erfindung beitrifft auch eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.
Bei dem Betrieb von Verbrennungsanlagen, bei dem die Verbrennungsluft
aus einer staubhaltigen und feuchten Umgebung, bei Abfallverbrennungsanlagen beispielsweise
aus dem Bunker für die Abfallstoffe angesaugt wird, tritt das Problem der Verschmutzung
der Wärmetauscherflächen der verwendeten Verbrennungsluftvorwärmeinrichtungen auf.
Solche Verbrennungsluftvorwärmeinrichtungen werden verwendet, um die Verbrennungsluft
für die Feuerung vorzuwärmen und damit den Verbrennungsvorgang zu verbessern oder
den Wirkungsgrad zu erhöhen. Die Wärmezufuhr erfolgt durch Heißwasser oder Dampf,
der bei solchen Verbrennungsanlagen in der Regel erzeugt wird. Durch zunehmende
Verschmutzung solcher Verbrennungsluftvorwärmeinrichtungen wird der Wärmeübergang
zwischen den Heizflächen dieser Einrichtungen und der aufzuheizenden Verbrennungsluft
verschlechtert und der Strömungswiderstand durch diese Verbrennungsluftvorwärmeinrichtungen
erhöht, was zu einem Anstieg der Antriebsleistung für das Gebläse der Verbrennungsluft
führt. Um solche Verschmutzungen zu beseitigen, werden Reinigungseinrichtungen wie
Pressluft- oder Dampfbläser, rotierende Reinigungsbürsten und Bypasskanäle zur Verbrennungsluftvorwärmeinrichtung
vorgesehen. Die Bypassströmung zur Verbrennungsluftvorwärmeinrichtung verläuft dabei
parallel und gleichsinnig zur Luftströmung durch diese Luftvorwärmeinrichtung. Die
Verschlechterung des Verbrennungsvorganges oder des Wirkungsgrades der Verbrennungsluftvorwärmeinrichtung
bei Bypassbetrieb wird zwangsläufig in Kauf genommen. Die Verschmutzung wird damit
nicht verhindert bzw. entfernt, sondern der notwendige Reinigungsvorgang wird nur
zeitlich aufgeschoben. Dieser Reinigungsvorgang muss spätestens durchgeführt werden,
wenn die Leistungsreserve des Gebläses erschöpft ist.
Zu dieser äußerst störenden und mit den erwähnten Nachteilen behafteten
Verschmutzung der Verbrennungsluftvorwärmeinrichtung kommt es deshalb, weil die
feuchten Staubteilchen an den heißen Wärmetauscherflächen kleben bleiben. Diese
Feuchtigkeit an der Oberfläche der Staubteilchen hat verschiedene Ursachen. Die
eine Ursache besteht darin, dass trotz trockner Oberfläche die Staubteilchen im
Inneren noch feucht sind und diese Feuchtigkeit beim Auftreffen auf die Wärmertauscherflächen
an die Oberfläche gelangt und diese wieder befeuchtet, was zu dem erwähnten Ankleben
führt. Eine weitere Ursache ist darin zu sehen, dass beim Verdunsten des Wassers
an der Oberfläche der Staubteilchen eine Abkühlung der Verbrennungsluft erfolgt,
was zu einer lokalen Taupunktunterschreitung der vorzuwärmenden Luft führt. Bei
einer Taupunktunterschreitung fällt aber Feuchtigkeit aus der Luft aus und diese
Feuchtigkeit führt dann wieder zu einer Befeuchtung der Staubteilchen, so dass ein
Anbacken dieser Staubteilchen an den Wärmetauscherflächen unvermeidbar ist.
Aus der DE-Zeitschrift "VGB Kraftwerkstechnik" Heft 12, 1978, Seiten
921 bis 926, ist es bekannt, bei einem Luftvorwärmer für ein Kohlekraftwerk die
Blechtemperatur zu erhöhen, um die zerstörende Eigenschaft von Chlorwasserstoff
zu mindern. Hierfür wird eine Heißluftrückführung vorgenommen, um den Taupunkt der
Verbrennungsluft an der Wärmetauscherfläche des Luftvorwärmers nicht zu unterschreiten.
Die DE-AS 10 91 269 zeigt eine zusätzliche Vorwärmung der Verbrennungsluft
durch einen zusätzlichen Lufterhitzer. Dieser zusätzliche Lufterhitzer ist dort
vorgesehen, um die noch unzulänglichen Temperaturen während des Anfahrens anzuheben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen,
mit deren Hilfe die Verschmutzung der Verbrennungsluftvorwärmeinrichtung weitgehend
vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erläuterten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verbrennungsluft vor dem Luftvorwärmer
ein Heißluftstrom zum Trocknen des feuchten Staubs beigemischt wird. Diese Maßnahme
hat auf jeden Fall zur Folge, dass die feuchten Staubpartikel soweit abgetrocknet
werden, dass sie nicht mehr oder nur in sehr geringem Umfange an den Wärmetauscherflächen
der Luftvorwärmeinrichtung haften bleiben. Hierdurch sind die eingangs erläuterten
Probleme weitgehend bis vollständig beseitigt und damit letzten Endes auch der Gesamtwirkungsgrad
der Verbrennungsanlage gesichert.
Um das vorgeschlagene Verfahren für großtechnische Verbrennungsanlagen
in reproduzierbarer Weise handhaben zu können, ist es in Weiterbildung der Erfindung
vorteilhaft, wenn mindestens einer der Parameter Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit
und Druck der angesaugten Verbrennungsluft vor und/oder nach der Beimischung gemessen
und als Regelgröße für die Bestimmung mindestens eines der Parameter
Menge, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Druck der erhitzten Beimischluft
verwendet wird. Vorzugsweise wird die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit
der angesaugten Verbrennungsluft vor und nach der Beimischung der erhitzten Luft
gemessen und hieraus die notwendigen Maßnahmen für den Regelungsvorgang abgeleitet.
Insbesondere wird hierdurch die Menge der beizumischenden erhitzten Luft bestimmt.
In vorteilhafter Weise wird als Beimischluft Luft aus der Luftvorwärmeinrichtung
verwendet. Hierbei wird die in der Luftvorwärmeinrichtung erhitzte Luft über einen
Bypass abgezweigt und der angesaugten Verbrennungsluft vor dem Eintreten in die
Lufterwärmungsvorrichtung beigemischt. Diese Maßnahme hat neben der Erzielung der
angestrebten Trocknung der Staubteilchen auch noch den weiteren Vorteil, dass die
in der erhitzten Verbrennungsluft enthaltenen trocknen Staubteilchen sich an denjenigen
Staubteilchen anlagern, die noch nicht vollständig getrocknet sind, so dass diese
noch nicht getrockneten Staubteilchen mit einer Schicht getrockneter Staubteilchen
umgeben werden, was dazu führt, dass die Neigung zum Anbacken an den heißen Wärmetauscherflächen
reduziert wird.
Wenn die angesaugte Verbrennungsluft in besonders starkem Maße mit
Staub beladen ist, kann es vorteilhaft sein, nach der Zuführung von erhitzter Beimischluft
zur angesaugten Verbrennungsluft und vor der Einführung dieser gemischten Verbrennungsluft
in die Luftvorwärmeinrichtung eine Staubabscheidung vorzunehmen. Bereits getrocknete
Staubteilchen sind problemloser, beispielsweise durch einen Filter abzuscheiden
als feuchte Staubteilchen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
dass innerhalb einer Mischkammer quer zur Strömungsrichtung der Verbrennungsluft
verlaufende, endseitig geschlossene Zuführungsrohre für die Beimischluft angeordnet
sind, die Austrittsöffnungen für die Beimischluft aufweisen. Dabei tritt die erhitzte
Beimischluft aus den Öffnungen der Zuführungsrohre aus und vermischt sich gleichmäßig
mit der durch die Mischkammer hindurchströmenden, angesaugten Verbrennungsluft.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Beimischung von
erhitzter Beimischluft zur angesaugten Verbrennungsluft ist dadurch gekennzeichnet,
dass jedes Zuführungsrohr mit drei Reihen von Luftschlitzen versehen ist, die auf
dem Umfang gegenseitig um jeweils 120° versetzt sind, wobei eine Reihe der Luftschlitze
an der in Strömungshauptrichtung der Verbrennungsluft abgelegenen Seite des Zuführungsrohres
vorgesehen ist, dass ein in Strömungshauptrichtung der Verbrennungsluft konisch
sich verjüngender Mantel am Zuführungsrohr angeordnet ist, der zusammen mit dem
Zuführungsrohr einen tropfenförmigen Strömungskörper bildet und dass am verjüngten
Ende des Mantels eine Reihe von Luftschlitzen ausgebildet ist. Bei der erwähnten
Anordnung von Reihen von Luftschlitzen sind zwei Reihen von Luftschlitzen unter
einem Winkel von jeweils 60° gegen die Hauptströmungsrichtung der angesaugten
Verbrennungsluft gerichtet, so dass hier nahezu im Gegenstromprinzip eine Vermischung
der austretenden erhitzten Beimischluft mit der angesaugten Verbrennungsluft erfolgt.
Durch die schräge Anstellung der Ausblasrichtung der beiden oberen Reihen der Luftschlitze
wird die angesaugte Verbrennungsluft um das Zuführungsrohr herumgelegt und durch
den angeordneten, konisch sich verjüngenden Mantel in strömungsgünstiger Weise abgeleitet.
Durch die in Strömungsrichtung abgewandte Anordnung der Luftschlitze wird der sich
konisch verjüngende Mantel erhitzt und begrenzt eine Kammer, in welcher die von
der erhitzten Beimischluft mitgeführten Staubteilchen ausfallen können. Durch die
am Ende des verjüngten Mantels angeordneten Luftschlitze tritt dann dieser Anteil
der Beimischluft aus und nimmt dann auch die abgeschiedenen Staubteilchen mit. Die
Mantelflächen bilden eine Wärmetauscherfläche für die Erwärmung der angesaugten
Verbrennungsluft.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuführungsrohre in horizontaler Richtung mit nach unten ausgerichteten
Mänteln innerhalb der Mischkammer angeordnet sind und dass die Strömungsrichtung
der Verbrennungsluft innerhalb der Mischkammer von oben nach unten verläuft.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1: eine schematische Ansicht einer Verbrennungsanlage
für Abfallstoffe mit einer Luftvorwärmeinrichtung und einer Vorrichtung zur Beimischung
von erhitzter Luft zur Verbrennungsluft und
2: eine schematische Darstellung der
Vorrichtung zur Beimischung von erhitzter Luft zur angesaugten Verbrennungsluft.
Bei einer Abfallverbrennungsanlage mit einer Feuerung 1,
einem darauf befindlichen Brennbett 2 aus Abfallstoffen, einer Aufgabeschurre
3 und einzelnen Unterwindkammern 4 bis 8 wird Verbrennungsluft
aus einer Sammelleitung 9 über die einzelnen Verteilerleitungen
4a bis 8a zugeführt. Diese Verbrennungsluft wird mittels eines
Sauggebläses 10 angesaugt und durch eine Luftvorwärmeinrichtung
11 hindurchgedrückt, in welcher die angesaugte Verbrennungsluft auf etwa
140°C erhitzt wird. Damit diese aus einer staubhaltigen und
feuchten Umgebung angesaugte Verbrennungsluft nicht zu einer Verschmutzung der Luftvorwärmeinrichtung
11 führen kann, ist eine Mischkammer 12 vorgesehen, in welche
die angesaugte Verbrennungsluft in Richtung des Pfeiles 13 gelangt. In
diese Mischkammer 12 wird erhitzte Luft aus der Luftvorwärmeinrichtung
11 abgezweigt und in Richtung des Pfeiles 14 der Mischkammer zugeführt.
Die gemischte Luft, die von dem Gebläse 10 angesaugt und dann über die
Luftvorwärmeinrichtung 11 zum Feuerungsrost gefördert wird, verlässt die
Mischkammer in Richtung des Pfeiles 15.
Innerhalb der Mischkammer 12, sind, wie aus 2
ersichtlich, Zuführungsrohre 16 quer zur Hauptströmungsrichtung der angesaugten
Luft angeordnet, wobei die Hauptströmungsrichtung, wie durch den Pfeil
13 und den Pfeil 15 angedeutet, in vertikaler Richtung von oben
nach unten verläuft. Die Zuführungsrohre 16 sind an ihrem hinteren Ende
17 verschlossen und weisen drei Reihen von Luftaustrittsschlitzen
18 auf, die jeweils um 120° zueinander am Umfang der Zuführungsrohre
16 verteilt sind. Eine Reihe der Luftaustrittschlitze 18 ist in
vertikaler Richtung unten angeordnet, d.h. an der der Strömungshauptrichtung der
angesaugten Verbrennungsluft abgewandten Seite des Zuführungsrohres 16.
Demnach sind die beiden anderen Reihen der Luftaustrittsschlitze 18 um
jeweils 60° gegenüber der Vertikalen geneigt angeordnet, so dass die entsprechend
dem Pfeil 14 angedeutete, zugeführte heiße Beimischluft in Richtung der
Pfeile 19, 20 und 21 aus dem Zuführungsrohr
16 austritt. Die Strömungspfeile 19 und 20 sind dabei
gegen und in Uhrzeigerrichtung gebogen, was sich aus der Vermischung der austretenden
heißen Beimischluft mit der angesaugten Verbrennungsluft ergibt, die in Richtung
des Pfeiles 13 der Mischkammer 12 zugeführt wird. Die an der Unterseite
des Zuführungsrohres 16 austretende und durch den Pfeil 21 bezeichnete
Beimischluft erwärmt einen Mantel 22, der aus zwei konisch zueinander angestellten
Blechteilen 23 und 24 gebildet ist und in Verbindung mit jedem
Zuführungsrohr 16 einen tropfenförmigen Strömungskörper bildet, wobei der
Mantel 22 in Strömungshauptrichtung entsprechend den Pfeilen
13 und 15 ausgerichtet ist. Die beiden Mantelflächen
23 und 24, die durch die austretende erhitzte Beimischluft
21 erwärmt werden, dienen dabei als Wärmetauscherflächen. Die erhitzte
Beimischluft tritt aus unteren Luftschlitzen 25, die am unteren Ende des
Mantels 22 angeordnet sind, aus.
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| Anspruch[de] |
- Verfahren zum Betreiben von Verbrennungsanlagen mit Verbrennungsluft,
welche aus einem Bunker mit Abfallstoffen angesaugt wird und feuchte Luft sowie
feuchten Staub enthält, in einem Luftvorwärmer erhitzt und zu einer Feuerung gefördert
wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsluft vor dem Luftvorwärmer
ein Heißluftstrom zum Trocknen des feuchten Staubes beigemischt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
einer der Parameter Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Druck der angesaugten
Verbrennungsluft vor und/oder nach der Beimischung gemessen und als Regelgröße für
die Bestimmung mindestens eines der Parameter Menge, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit
und Druck der erhitzten Beimischluft verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als
Beimischluft Luft aus der Luftvorwärmeinrichtung verwendet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass nach der Zuführung von erhitzter Beimischluft zur angesaugten Verbrennungsluft
und vor der Einführung dieser gemischten Verbrennungsluft zur Luftvorwärmeinrichtung
eine Staubabscheidung vorgenommen wird.
- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Mischkammer (12)
quer zur Strömungsrichtung (13) der Verbrennungsluft verlaufende, endseitig
geschlossene Zuführungsrohre (16) für die Beimischluft angeordnet sind,
die Austrittsöffnungen (18) für die Beimischluft aufweisen.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Zuführungsrohr
(16) mit drei Reihen von Luftschlitzen (18) versehen ist, die
auf den Umfang gegenseitig um jeweils 120° versetzt sind, wobei eine Reihe der
Luftschlitze an der in Strömungshauptrichtung der Verbrennungsluft abgelegenen Seite
des Zuführungsrohres (16) vorgesehen ist, dass ein in Strömungshauptrichtung
(13, 15) der Verbrennungsluft konisch sich verjüngender Mantel
(22) am Zuführungsrohr (16) angeordnet ist, der zusammen mit dem
Zuführungsrohr (16) einen tropfenförmigen Strömungskörper bildet und dass
am verjüngten Ende des Mantels (22) eine Reihe von Luftschlitzen (25)
ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsrohre
(16) in horizontaler Richtung mit nach unten ausgerichteten Mänteln (22)
innerhalb der Mischkammer (12) angeordnet sind und dass die Strömungsrichtung
der Verbrennungsluft innerhalb der Mischkammer (12) von oben nach unten
verläuft.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen
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