Verfahren und Rostfeuerung zur Verfeuerung fester Brennstoffe

Abstract

 Bei der Rostfeuerung, die zur Verfeuerung fester Brennstoffe vorgesehen ist und die zonenweise klimatisierte Unterwindzuführungen aufweist, wird jeder einzelnen Zone der Rostfeuerung zur Verminderung des NOx-Gehaltes Dampf in Abhängigkeit von dem in der jeweiligen Zone festgestellten NO_x-Gehalt zugeführt. Jeder Unterwindzone (2) ist ein Dampfzuführungsrohr (8) zugeordnet, das sich quer zur Rostlängsrichtung erstreckt und mit Wasserdampfausblaseöffnungen (9) versehen ist, die an der dem Rost abgewandten Seite des Dampfzuführungsrohres vorgesehen sind. Hierdurch wird einerseits ein Schutz gegen Verstopfung der Dampfaustrittsöffnungen und andererseits eine bessere Durchmischung des Dampfes mit der Luft erzielt, die im wesentlichen von unten nach oben zum Feuerungsrost (1) strömt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung der NO_x-Emission bei Großfeuerungen sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Die stetig wachsende Umweltbelastung hat dazu geführt, daß man bei Großfeuerungen auf eine möglichst geringe Stickoxid-Emission achtet. Die Stickoxid-Bildung hängt im wesentlichen einerseits vom verwendeten Brennstoff und andererseits von der Verbrennungstemperatur ab. Mit zunehmender Verweilzeit und zunehmendem Luftüberschuß im Bereich hoher Temperaturen wird die Stickoxidbildung begünstigt.

[0003] Zur Verminderung der Stickoxid-Emission ist es bekannt, die Temperatur im Feuerungsraum bzw. in unmittelbarer Umgebung der im Feuerungsraum stattfindenden Verbrennung nicht über einen bestimmten Betrag ansteigen zu lassen, da es bekannt ist, daß die NO_x -Bildung ab einer bestimmten kritischen Temperatur sehr stark ansteigt. Es liegen demnach Bemühungen vor, die Verbrennungstemperatur_':möglichst unter diesem kritischen Wert zu halten, was einerseits durch Rauchgasrückführung und andererseits durch einen erhöhten Luftüberschuß erzielt wird. Beide bekannten Verfahren weisen einen wesentlichen Nachteil auf, der darin besteht, daß die zu fördernde und zu entstaubende Gasmenge wesentlich ansteigt, wodurch es erforderlich ist, ein wesentlich größeres Elektrofilter und auch größere Fördergebläse mit entsprechend höherem Energieaufwand zu installieren. Bei der Rauchgasrückführung tritt noch ein zusätzlicher Nachteil ein, der darin zu sehen ist, daß entsprechende Rohrleitungen vorgesehen werden müssen, die wegen der unvermeidlichen Temperaturschwankungen häufig zu Undichtigkeiten neigen, was in Verbindung mit dem notwendigen Überdruck, mit dem die Rauchgase in den Feuerungsraum eingeblasen werden müssen, zu einem Austreten von Rauchgasen in das Kesselhaus führt.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Absenkung der Verbrennungstemperatur unter einen bestimmten Wert zu erreichen, ab welchem eine besonders starke Stickoxid-Bildung einsetzt, um somit die NO-Emission zu vermindern und zwar ohne daß größere Staubfilter und größere Fördergebläse für die abzuführenden Rauchgase erforderlich wären.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine über die Feuerlänge verteilte, zonenweise Zuführung von Wasserdampf in die Brennschicht zusammen mit der Verbrennungsluft, wobei die einzelnen Zonen unabhängig voneinander in Abhängigkeit vom NO x -Gehalt in den Rauchgasen mit Wasserdampf beaufschlagbar sind.

[0006] Durch die Verwendung von Wasserdampf als Ballastmedium zur Absenkung der Verbrennungstemperatur im Feuerungsraum wird der wesentliche Vorteil erzielt, daß aufgrund der sehr hohen spezifischen Wärme von Wasserdampf sehr viel Wärme den Verbrennungsprozeß bei einem vergleichbaren kleinen Volumen des zuzuführenden Wasserdampfes entzogen werden kann, wodurch die Verbrennungstemperatur auf einen Wert abgesenkt werden kann, bei welchem sich nur sehr geringe Mengen an Stickoxiden bilden. Darüber hinaus ist die Handhabung des zuzuführenden Wasserdampfes wesentlich einfacher als die Rauchgasrückführung, da die zu verwendenden Rohre einen wesentlich geringeren Querschnitt aufweisen, weshalb auch entsprechend kleine Ventile verwendet werden können, so daß sich aus konstruktiver Sicht ein wesentlich geringerer Aufwand ergibt. Aufgrund der verhältnismäßig geringen Volumenvergrößerung der Rauchgase, die auf die Wasserdampfzuführung zurückzuführen ist, ergibt sich in den allermeisten Fällen nicht die Notwendigkeit, das für die ursprüngliche Rauchgasmenge vorgesehene Entstaubungsfilter zu vergrößern. Auch ist es in den meisten Fällen nicht notwendig, größere Gebläse für das Abziehen der Rauchgase vorzusehen. Durch die Befeuchtung der Rauchgase infolge der Wasserdampfzuführung wird sogar der bekannte Effekt genutzt, daß der Wirkungsgrad des elektrischen Entstaubungsfilters erhöht wird.

[0007] Die Verminderung der NO_x-Emission wird mit besonders wirtschaftlichen Mitteln dann erreicht, wenn in Weiterbildung der Erfindung der einzuführende Wasserdampf als Abdampf dem Prozeßkreislauf des der Feuerung zugeordneten Dampfkessels entnommen wird. Dieser Abdampf, der mit einem Druck von 1,5 bis 2,0 bar und einer Sättigungstemperatur von ungefähr 110 bis 120° zur Verfügung steht, eignet sich in besonders günstiger Weise zur Beimischung zur Verbrennungsluft, um als Ballastmedium die Verbrennungstemperatur zu vermindern. Dabei wird die Verbrennungstemperatur nicht nur wegen der hohenspezifischen Wärme des Wasserdampfes abgesenkt, sondern auch wegen der Fähigkeit des Wasserdampfes, Strahlungsenergie aus der Umgebung aufzunehmen, die auf der Tatsache beruht, daß Wasserdampf ein dreiatomiges Gas ist.

[0008] Um eine besonders gleichmäßige Vermischung des Wasserdampfes mit der Verbrennungsluft zu erzielen, wird der Wasserdampf im wesentlichen im Gegenstrom der aus der jeweiligen Unterwindzone nach oben gegen den Feuerungsrost strömenden Verbrennungsluft zugeführt.

[0009] Zur Vermeidung von Kondensationserscheinungen kann es empfehlenswert sein, die Verbrennungsluft vorzuwärmen.

[0010] Eine Vorrichtung bzw. Feuerungsanlage zur Durchführung des Verfahrens ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Raum unter dem Feuerungsrost in einzelne voneinander getrennte Unterwindzonen unterteilt und jeder Unterwindzone ein Dampfzuführungsrohr zugeordnet ist, das sich quer zur Rostlängsrichtung erstreckt und mit Wasserdampfausblaseöffnungen bzw. Wasserdampfausblasedüsen versehen ist, die den Wasserdampf im wesentlichen entgegen der zur Unterseite des Feuerungsrostes gerichteten Verbrennungsluft austreten lassen. Bei bekannten Feuerungsanlagen, bei denen die Verbrennungsluft aus großen öffnungen einer Seitenbegrenzungswand der Feuerungsanlage austritt, wird sich eine Mischung aus Querstrom.und Gegenstrom von Wasserdampf und Luft einstellen.

[0011] Um einer Verstopfungsgefahr der Wasserdampfausblasedüsen vorzubeugen, sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Dampfzuführungsrohre gegen den Feuerungsrost durch jeweils eine Abdeckung vorzugsweise durch Unterstützungsrahmen der Rostkonstruktion geschützt. Ohne einen solchen Schutz könnte der Fall eintreten, daß die durch den Feuerungsrost hindurchfallenden feinen Aschenteile sich auf dem Dampfzuführungsrohr absetzen und die Wasserdampfausblasedüsen verstopfen.

[0012] Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand einer Feuerungsanlage mit Rückschubrost näher erläutert, die nur als ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel einer Feuerungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen ist.

[0013] In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Feuerungsrost mit Unterwindzonen und

Figur 3 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

[0014] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind unterhalb eines insgesamt mit 1 bezeichneten Feuerungsrostes mehrere Unterwindzonen 2 bis 2"' vorgesehen, die gegeneinander durch Trennwände 3 abgegrenzt sind. Durch große Öffnungen 4 in der Seitenwand 5 der Feuerungsanlage ist die für die Verbrennung notwendige Verbrennungsluft einführbar. Mit 6 sind schräg gestellte Böden innerhalb der einzelnen Unterwindzonen 2 bezeichnet, auf denen die durch den Feuerungsrost hindurchfallende Asche zu einer Austragsöffnung 7 gelangt.

[0015] Die Zuführung von Wasserdampf, der als Abdampf dem Prozeßkreislauf des der Feuerung nachgeschalteten Dampfkessels entnommen wird, erfolgt über Dampfzuführungsrohre 8, die Dampfausblasedüsen bzw. Dampfausblaseöffnungen 9 aufweisen, die so an dem jeweiligen Dampfzuführungsrohr 8 angeordnet sind, daß sie den Wasserdampf nahezu senkrecht nach unten ausblasen, wie dies durch die strichpunktierten Pfeile 19 angedeutet ist. Der Wasserdampf wird dabei auf den Kern der aus der Öffnung 4 austretenden Verbrennungsluft gerichtet, so daß sich eine Mischung aus Quer- und Gegenstrom einstellt, weil die Verbrennungsluft zunächst in horizontaler Richtung in die jeweilige Unterwindzone eintritt, sich dort verteilt und dann nach oben zum Feuerungsrost 1 gelangt.

[0016] Der Feuerungsrost 1 besteht in bekannter Weise aus einzelnen Roststufen 10 und 11, die jeweils aus nebeneinander liegenden Roststäben aufgebaut sind, welche mit ihren unteren Enden auf Stufentragrahmen 12 und 13 aufruhen, von denen die Stufentragrahmen 13 fest und die Stufentragrahmen 12 bewegbar sind. Letztere sind auf einem Zickzack-Balken 14 angeordnet, der in Richtung des Doppelpfeiles 15 hin und her bewegbar ist. Dieser Zickzack-Balken 14 ist mittels Rollen 16 auf Unterstützungsrahmen 17 für die Rostkonstruktion abgestützt.

[0017] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Dampfzuführungsrohre 8 unterhalb dieser Unterstützungsrahmen 17 angeordnet, wodurch sie gegen den Rostdurchfall geschützt sind.

[0018] Die Regelung der Dampfzufuhr erfolgt zonenweise und vorzugsweise sequentiell, z.B. je nach Feuerlänge mittels entsprechender Ventile 18 bis 18"" in Abhängigkeit von dem NO _x -Gehalt in den Feiue rungsgasen, der durch Sensoren 20 bis 20" feststellbar ist. Die Sensoren können z.B. Entnahmesonden sein, die zu einem für alle Sensoren gemeinsamen Gas-Chromatographen führen. Mit Hilfe dieser Sensoren werden die Ventile 18 bis 18"" und damit die Dampfzuführung zu den verschiedenen Unterwindzonen 2 bis 2 "' geregelt. Selbstverständlich kann auch nur ein einziger Sensor vorgesehen sein, jedoch ist die Regelung der Dampfzuführung genauer, wenn mehrere Sensoren zur Anwendung gelangen. Diese können für sich nacheinander zur Aufschaltung auf den Ventilöffnungsmechanismus abgetastet werden in der Art, daß z.B. bei Erreichung einer schädlichen NO -Konzentration im vorderen Rostbereich der Sensor 20 zuerst anspricht und die Öffnung der Ventile 18 und 18' veranlaßt. Falls sich der Bereich der schädlichen Gase über die Rostlänge weiter ausdehnt, kann alsdann der Sensor 20' die zusätzliche Öffnung des Ventils 18" bewirken und so. fort. Umgekehrt kann bei sich verbrennungsmäßig einstellender Verminderung der Schadgaserzeugung der entsprechende Sensor die Drosselung bzw. Schließung des oder der zugeordneten Ventile bewirken.

[0019] Der große Vorteil der Wasserdampfeinblasung unmittelbar in die Brennschicht ist darin zu sehen, daß die Verbrennung bereits in statu nascendi daran gehindert wird, hohe, die NO_x-Bildung provozierende Werte anzunehmen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Verminderung der NO_x-Emission bei Großfeuerungen, gekennzeichnet durch eine über die Feuerlänge verteilte, zonenweise Zuführung von Wasserdampf in die Brennschicht zusammen mit der Verbrennungsluft, wobei die einzelnen Zonen unabhängig voneinander in Abhängigkeit vom NO_x-Gehalt in den Rauchgasen mit Wasserdampf beaufschlagbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der einzuführende Wasserdampf als Abdampf dem Prozeßkreislauf des der Feuerung zugeordneten Dampfkessels entnommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Wasserdampf im wesentlichen im Gegenstrom der aus der jeweiligen Unterwindzone nach oben gegen den Feuerungsrost strömenden Verbrennungsluft zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbrennungsluft vorgewärmt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Raum unter dem Feuerungsrost (1) in einzelne voneinander getrennte Unterwindzonen (2) unterteilt und jeder Unterwindzone ein Dampfzuführungsrohr. (8) zugeordnet ist, das sich quer zur Rostlängsrichtung erstreckt und mit Wasserdampfausblaseöffnungen bzw. Wasserdampfausblasedüsen (9) versehen ist, die den Wasserdampf im wesentlichen entgegen der zur Unterseite des Feuerungsrostes (1) gerichteten Verbrennungsluftströmung austreten lassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdampfzuführungsrohre (8) gegen den Feuerungsrost (1) durch jeweils eine Abdeckung vorzugsweise durch Unterstützungsrahmen (17) der Rostkonstruktion geschützt sind.

Zeichnung