[0001] Die Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage mit einem Rauchgaszug, der Düsen an gegenüberliegenden
Seiten des Rauchgaszuges aufweist, um ein Fluid in das Rauchgas einzudüsen. Darüber
hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Feuerungsanlage, bei
dem zumindest ein Teil der Verbrennungsluft durch an gegenüberliegenden Seiten des
Rauchgaszuges angeordnete Düsen dem Rauchgas zugegeben wird.
[0002] Es ist bekannt, bei einer Feuerungsanlage nicht nur die Primärluft zu variieren,
sondern auch die Sekundärluft über unterschiedliche Düsen dem Rauchgas zuzugeben.
Die Zugabe von Fluiden im Sekundärverbrennungsbereich dient der Verwirbelung der Rauchgase
und soll eine homogene Vermischung von Rauchgas und über die Düsen zugegebene Sekundärluft
bewirken. Durch spezielle Düsenausbildungen wird in der Praxis eine starke Verwirbelung
erreicht, die zu einer Vermischung der zugegebenen Sekundärluft mit dem Rauchgas führt.
Dies wird beispielsweise in der
DE 19 47 164 A, der
CN 102 620 285 A und der
US 2004/0 185 399 A1 beschrieben. Hier geht es darum, durch eine geeignete Düsenanordnung und durch darauf
abgestimmte Gasströme das Rauchgas von den Wandungen fern zu halten und möglichst
im Zentrum des Rauchgaszuges optimal zu durchmischen.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine derartige Feuerungsanlage weiterzuentwickeln.
[0004] Diese Aufgabe wird mit einer gattungsgemäßen Feuerungsanlage gelöst, bei der die
Düsen derart angeordnet und ausgerichtet sind, dass das Rauchgas im Rauchgaszug auf
einer wellenförmigen Linie hin und her bewegt wird.
[0005] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Düsen nicht nur für eine Verwirbelung
verwendet werden können, sondern auch so angeordnet sein können, dass sich das Rauchgas
auf einer wellenförmigen Linie im Rauchgaszug bewegt. Das heißt, ein einzelnes Rauchgaspartikel
wird nicht auf einer geraden Linie oder Spirale vom Feuerungsrost kommend im Rauchgaszug
geführt. Der Partikel wird auch nicht unter Inkaufnahme von Verwirbelungen durch den
Rauchgaszug geführt, um intensiv mit Sekundärluft vermischt zu werden.
[0006] Erfindungsgemäß fließen die Rauchgaspartikel auf einer definierten Wellenlinie durch
den Rauchgaszug. Dies führt dazu, dass im Wesentlichen alle Partikel eine längere
Verweilzeit im Rauchgaszug haben als dies bei einer geraden Durchströmung möglich
wäre. Während bei einer Verwirbelung einzelne Rauchgaspartikel einen besonders langen
Weg innerhalb des Rauchgaszuges haben und andere Partikel besonders schnell den Rauchgaszug
durchströmen, führt die erfindungsgemäße Rauchgasführung dazu, dass im wesentlichen
alle Partikel eine längere Bahn im Rauchgaszug durchlaufen. Dadurch erhöht sich die
Verweilzeit der Partikel im Rauchgaszug und alle Partikel haben eine definierte Verweilzeit
auf einer definierten Bahn. Die Führung auf der wellenförmigen Linie ist möglich,
da heiße Rauchgase eine zähflüssige Konsistenz haben und daher durch die Düsen auf
einer Bahn geführt werden können. Dies führt zu einer reproduzierbaren einheitlichen
Behandlung des Rauchgases und vermeidet, dass insbesondere in Randbereichen des Rauchgaszuges
Rauchgaspartikel in geraden Strähnen relativ geradlinig durch den Rauchgaszug fließen,
während andere Partikel durch Verwirbelungen bedingt sehr lange im Rauchgaszug verweilen.
[0007] Erfindungsgemäß werden die Düsen somit nicht wie im Stand der Technik für eine Verwirbelung
eingesetzt, sondern gezielt so ausgerichtet, dass die Rauchgase durch das eingedüste
Fluid auf einer Wellenlinie fließen, wodurch die Verweilzeit innerhalb des Rauchgaszuges
erhöht wird.
[0008] Um die Rauchgase auf einer wellenförmigen Linie zu führen, müssen Druck, Volumenstrom
und Ausrichtung sowie die Ausbildung der Düsen speziell eingestellt werden. Je nach
geometrischer Ausbildung des Rauchgaszuges können die Düsenparameter mittels einfacher
Versuche so eingestellt werden, dass eine definierte wellenförmige Linie erreicht
wird. Diese wellenförmige Linie sollte mindestens drei und vorzugsweise sogar mehr
als vier Umkehrpunkte aufweisen.
[0009] Als Fluid kann auch eine Flüssigkeit zugegeben werden, die in der Regel beim Eintritt
in den Rauchgaszug verdampft. Vorteilhaft ist es, wenn als Flüssigkeit ein Gas zugegeben
wird. Dieses Gas kann beispielsweise Luft oder Dampf sein.
[0010] Bekannte Düsen in Rauchgaszügen sind derart im Rauchgaszug angeordnet, dass die Düse
eine Ausrichtung senkrecht zur Wandung des Rauchgaszuges hat, in der sie angeordnet
ist.
[0011] Für die der Erfindung zugrunde liegende Lösung ist es jedoch vorteilhaft, wenn die
Hauptdüsenrichtung der zwei an gegenüberliegenden Seiten des Rauchgaszuges angeordneten
Düsen in einem Winkel von mindesten 5°, vorzugsweise mehr als 10° von einer die Düse
verbindenden Linie liegt.
[0012] Insbesondere wenn der Düse keine andere Düse gegenüber liegt, ist es vorteilhaft,
wenn die Hauptdüsenrichtung einer Düse von der kürzesten Verbindung zur gegenüberliegenden
Seite des Rauchgaszuges um mindestens 5°, vorzugsweise mehr als 10° abweicht.
[0013] Bezogen auf eine horizontale Linie ist es vorteilhaft, wenn die Hauptdüsenrichtung
mindestens einer Düse von einer horizontalen Ebene im Rauchgaszug um mindestens 5°,
vorzugsweise mehr als 10° abweicht.
[0014] Die Erfindung eignet sich insbesondere für Feuerungsanlagen, die für die Verbrennung
einen Feuerrost aufweisen.
[0015] Dabei ist es vorteilhaft, wenn sich der Rauchgaszug vom Feuerrost in Flussrichtung
des Rauchgases erweitert. Eine Feuerungsanlage, bei der sich der Rauchgaszug vom Feuerrost
in Flussrichtung des Rauchgases erweitert, ist auch unabhängig von den zuvor genannten
Merkmalen einer Feuerungsanlage erfindungswesentlich.
[0016] Eine derartige Erweiterung des Rauchgaszuges führt zu einer umgekehrten Düse und
somit zu einer Verlangsamung der Strömung im Rauchgaszug. Somit wird kumulativ oder
alternativ zur Bewegung der Rauchgase auf einer wellenförmigen Linie vorgeschlagen,
die Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase im Rauchgaszug durch eine Erweiterung des
Rauchgaszuges zu verringern. Unter einer Erweiterung des Rauchgaszuges wird ein sich
in Flussrichtung der Rauchgase erweiternder Querschnitt des Rauchgaszuges verstanden.
Dabei wird unter der Strömungsrichtung der Rauchgase bei einer wellenförmigen Linie
die Verbindung der Umkehrpunkte der Welle verstanden.
[0017] Eine ebenfalls auch unabhängig von den zuvor genannten Merkmalen erfindungsrelevante
Ausführungsform der Feuerungsanlage sieht vor, dass der Rauchgaszug einen unteren
und einen oberen Bereich aufweist und im unteren Bereich der Zugang vom Feuerrost
zum Rauchgaszug versetzt zum oberen Bereich angeordnet ist.
[0018] Während die Rauchgase im Rauchgaszug im Wesentlichen nach oben strömen und die Verweildauer
im Rauchgaszug durch das Bewegen der Rauchgase auf einer wellenförmigen Linie und/oder
durch eine Erweiterung des Rauchgaszuges erhöht werden kann, kann bei unveränderter
Höhe des Rauchgaszuges auch durch eine Versetzung des Zugangs vom Feuerrost zum Rauchgaszug
zum übrigen Rauchgaszug die Verweildauer im Rauchgaszug erhöht werden.
[0019] Eine spezielle Ausführungsform sieht vor, dass oberhalb des Feuerrostes in Flussrichtung
des Rauchgases vor dem Rauchgaszug mindestens eine Düse angeordnet ist, um ein Fluid
in das Rauchgas einzudüsen.
[0020] Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch mit einem gattungsgemäßen Verfahren
gelöst, bei dem die Verbrennungsluft als Primärverbrennungsluft und Sekundärverbrennungsluft
oder als Sekundärverbrennungsluft während des Betriebs der Verbrennungsanlage variierend
unterschiedlich auf mehrere Zugabestellen verteilt zugegeben wird. Während üblicherweise
die Zugabe der Verbrennungsluft optimiert wird und während des Betriebs der Verbrennungsanlage
nicht mehr verändert wird, schlägt die Erfindung vor, die Verteilung der Verbrennungsluft
auf unterschiedliche Zugabestellen während des Betriebs der Verbrennungsanlage zu
variieren.
[0021] Es ist zwar bekannt, bei Feuerungsanlagen im Bereich des Feuerungsrostes die Primärluft
entsprechend einer optischen Analyse der Verbrennung auf dem Rost quer zur Förderrichtung
auf dem Rost zu variieren. Neu ist jedoch die Variation der Luftzugabe zwischen Primär-
und Sekundärverbrennungsluft und die Variation innerhalb unterschiedlicher Zugabestellen
der Sekundärluft. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn während der Variation das
Verbrennungsluftverhältnis (λ) konstant gehalten wird.
[0022] Die Verbrennungsluft kann auf die Düsen und den Rost verteilt zugegeben werden oder
es kann auch die Verteilung der Teilvolumenströme auf diese Düsen gesteuert variiert
werden.
[0023] Besonders vorteilhaft ist es, wenn während des Betriebs der Verbrennungsanlage die
Verteilung der Verbrennungsluft auf die einzelnen Zugabestellen NO
x, CO und/oder O
2 optimiert durchgeführt wird. Das heißt zur Optimierung von Parametern wie NO
x, CO und/oder O
2 wird die Verteilung des Volumenstroms der Zugabe an den einzelnen Düsen und/oder
an den Düsen und dem Rost während des Betriebs der Verbrennungsanlage verändert.
[0024] Kumulativ oder alternativ wird vorgesehen, dass die Verteilung der Verbrennungsluft
derart auf die Düsen im Rauchgaszug verteilt wird, dass ein nahezu konstanter Ausbrand
pro Zeit erreicht wird. Dabei können der Gas- und/oder der Feststoffausbrand optimiert
werden.
[0025] Die Düsen ermöglichen es, die Höhe der Ebene des Ausbrandes innerhalb des Rauchgaszuges
zu variieren und durch Messungen den Ausbrand in Abhängigkeit von der Höhe im Rauchgaszug
zu analysieren und davon abhängig die Fluidzugabe über die Düsen so zu variieren,
dass beispielsweise ein bestimmter Ausbrandgrad in einer bestimmten Höhe des Rauchgaszuges
nicht unterschritten wird.
[0026] Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im
Folgenden näher erläutert. Es zeigt
- Figur 1
- schematisch die Anordnung von Fluidzugabestellen an einer Feuerungsanlage und
- Figur 2
- schematisch eine wellenförmige Linie von Rauchgasen in einem Rauchgaszug.
[0027] Die in Figur 1 gezeigte Feuerungsanlage 1 hat einen Feuerrost 2 und einen Rauchgaszug
3. Die Pfeile 4 deuten die Zugabe von Primärluft am Feuerrost 2 an und die Pfeile
5 bis 9 deuten die Zugabe von Sekundärluft über Düsen an. Die Düsen 10 bis 14 sind
nur schematisch angedeutet. Dabei ist die Düse 10 oberhalb des Feuerrostes 2 angeordnet
und die Düsen 11 und 12 sind an einer Seite 15 des Rauchgaszuges 3 und die Düsen 13
und 14 sind an der gegenüberliegenden Seite 16 des Rauchgaszuges 3 angeordnet.
[0028] Die punktierten Linien 17 bis 21 deuten die Hauptdüsenrichtung der Düsen 10 bis 14
an.
[0029] Zur Hauptdüsenrichtung 17 zeigt der Winkel 22 die Ausrichtung relativ zu einer die
Düsen 12 und 14 verbindenden Linie 23. Der Winkel 24 zeigt die Ausrichtung der Hauptdüsenrichtung
17 in Bezug auf die kürzeste Verbindung 25 von der Düse 14 zur gegenüberliegenden
Seite 15 des Rauchgaszuges 3. Der Winkel 26 zeigt schließlich die Hauptdüsenrichtung
17 der Düse 14 in Bezug auf eine horizontale Ebene 27 im Rauchgaszug 3.
[0030] Die zwei gegenüberliegenden Seiten 15 und 16 des Rauchgaszuges 3 stehen in einem
Winkel 28 zueinander, sodass sich der Rauchgaszug 3 im Bereich zwischen dem Zugang
29 zum Rauchgaszug 3 und einem Übergang 30 zu senkrechten Seiten 31 und 32 des Rauchgaszuges
3 konisch erweitert.
[0031] Dadurch entsteht ein unterer Bereich 33 des Rauchgaszuges 3 zwischen dem Zugang 29
vom Feuerrost 2 zum Rauchgaszug 3 und dem Übergang 30 vom Bereich 33 des Rauchgaszuges
3 mit den schrägen Seiten 15, 16 zu dem Bereich 34 des Rauchgaszuges mit senkrechten
Wänden 31 und 32, der versetzt zu diesem zweiten Bereich 34 zwischen den senkrechten
Wänden 31 und 32 angeordnet ist.
[0032] Die Düse 10 mit ihrer Hauptdüsenrichtung 21 ist an einer dem Feuerrost 2 gegenüberliegenden
Wand 35 angeordnet und liegt somit in einem Bereich 36 oberhalb des Feuerrostes 2
und vor dem Eintritt in den unteren Bereich 33.
[0033] Beim Betrieb der Feuerungsanlage 1 entsteht durch die Düsen 10 bis 14 eine wellenförmige
Linie 37 des Rauchgases 38, das auf dem Feuerrost 2 entsteht. Durch die Zugabe von
Sekundärverbrennungsluft 39 bis 43 als Gas zum Rauchgas 38 entsteht die wellenförmige
Linie 37 mit ihren Umkehrpunkten 44 bis 48. Über den Rost 2 wird die Primärverbrennungsluft
49 der Feuerungsanlage 1 zugeführt.
[0034] Dies ermöglicht es, die Verbrennungsluft so zuzugeben, dass das Rauchgas 38 auf der
wellenförmigen Linie 37 fließt. Ein bevorzugtes Verfahren sieht darüber hinaus vor,
dass entweder die Sekundärverbrennungsluft 39 bis 43 oder die Primärverbrennungsluft
49 und die Sekundärverbrennungsluft 39 bis 43 während des Betriebs der Verbrennungsanlage
als Volumenstrom oder Massestrom in der Menge variierend auf die unterschiedlichen
Zugabestellen am Rost 2 oder an den Düsen 10 bis 14 verteilt zugegeben wird. Dabei
kann das Verbrennungsluftverhältnis während des Betriebs der Verbrennungsanlage variieren.
Vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Verbrennungsluftverhältnis konstant gehalten wird.
[0035] Sensoren 50, 51 und 52 für NO
x, CO und/oder O
2 sind mit einer Steuerung 53 verbunden, um die Verteilung der Verbrennungsluft aus
Primärverbrennungsluft 49 und Sekundärverbrennungsluft 39 bis 43 auf die einzelnen
Zugabestellen zu optimieren.
[0036] Aus den mit den Sensoren 50 bis 52 ermittelten Messwerten kann der Ausbrand ermittelt
werden und dies ermöglicht es, die Verteilung der Verbrennungsluft auf die Düsen so
einzustellen, dass der Ausbrand pro Zeit nahezu konstant bleibt.
1. Feuerungsanlage (1) mit einem Rauchgaszug (3), der Düsen (11 bis 14) an gegenüberliegenden
Seiten (15, 16) des Rauchgaszuges (3) aufweist, um ein Fluid in das Rauchgas einzudüsen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (11 bis 14) derart angeordnet und ausgerichtet sind, dass das Rauchgas
(38) im Rauchgaszug (3) auf einer wellenförmigen Linie (37) hin und her bewegt wird.
2. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Gas ist.
3. Feuerungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Luft ist.
4. Feuerungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Dampf ist.
5. Feuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenförmige Linie (37) mindestens drei und vorzugsweise mehr als vier Umkehrpunkte
(44 bis 48) aufweist.
6. Feuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptdüsenrichtung (17 bis 20) der zwei an gegenüber liegenden Seiten (15, 16)
des Rauchgaszuges (3) angeordneten Düsen (11 bis 14) in einem Winkel (22) von mindestens
5°, vorzugsweise mehr als 10°, von einer die Düsen (11 bis 14) verbindenden Linie
(23) liegt.
7. Feuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptdüsenrichtung (17 bis 21) einer Düse (11 bis 14) von der kürzesten Verbindung
(25) zur gegenüberliegenden Seite (15, 16) des Rauchgaszuges (3) um einen Winkel (24)
mindestens 5°, vorzugsweise mehr als 10°, abweicht.
8. Feuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptdüsenrichtung (17 bis 21) mindestens einer Düse (10 bis 14) von einer horizontalen
Ebene (27) im Rauchgaszuges (3) um eine Winkel (26) von mindestens 5°, vorzugsweise
mehr als 10°, abweicht.
9. Feuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerungsanlage (1) für die Verbrennung einen Feuerrost (2) aufweist.
10. Feuerungsanlage insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rauchgaszug (3) vom Feuerrost (2) in Flussrichtung des Rauchgases (38) erweitert.
11. Feuerungsanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgaszug (3) einen unteren Bereich (33) und einen oberen Bereich (34) aufweist
und im unteren Bereich (33) der Zugang (29) vom Feuerrost (2) zum Rauchgaszug (3)
versetzt zum oberen Bereich (34) angeordnet ist.
12. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Feuerrostes (2) in Flussrichtung des Rauchgases (38) vor dem Rauchgaszug
(3) mindestens eine Düse (10) angeordnet ist, um ein Fluid in das Rauchgas (38) einzudüsen.
13. Verfahren zum Betreiben einer Feuerungsanlage (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem zumindest ein Teil der Verbrennungsluft (39 bis 43 und 49) durch
an gegenüberliegenden Seiten des Rauchgaszuges (3) angeordnete Düsen (11 bis 14) dem
Rauchgas (38) zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft (39 bis 43 und 49) als Primärverbrennungsluft (49) und Sekundärverbrennungsluft
(39 bis 43) oder als Sekundärluft (39 bis 43) während des Betriebs der Feuerungsanlage
(1) variierend unterschiedlich auf mehrere Zugabestellen (2, 10 bis 14) verteilt zugegeben
wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsluftverhältnis konstant gehalten wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft (39 bis 43 und 49) auf die Düsen (10 bis 14) und den Feuerrost
(2) verteilt zugegeben wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Teilvolumenströme auf die Düsen (10 bis 14) gesteuert variiert
wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Feuerungsanlage (1) die Verteilung der Verbrennungsluft
(39 bis 43 und 49) auf die einzelnen Zugabestellen (10 bis 14, 4) NOx, CO und/oder O2 optimiert durchgeführt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Verbrennungsluft (39 bis 43 und 49) derart auf die Düsen (10 bis
14) verteilt wird, dass ein nahezu konstanter Ausbrand (Gas- und/oder Feststoffausbrand)
pro Zeit erreicht wird.