DE3537945A1 - Verfahren zur verbrennung von abfall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Abfall gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Verbrennung von Abfall mit unterschiedlicher Zusammensetzung und schwankendem Heizwert, z. B. Hausmüll, werden hauptsächlich Verbrennungsanlagen mit Rostfeuerungen eingesetzt. Der Abfall wird während der Verbrennung von dem Rost durch den Feuerraum transportiert, gleichzeitig wird er geschürt. Zur Optimierung des Ausbrands ist der Rost in einzelne Sektionen unterteilt, deren Transportgeschwindigkeiten unterschiedlich eingestellt werden können. Derartige Rostsysteme sind z. B. Walzen- oder unterteilte Vorschubroste.

Die Verbrennungsluft wird dem Rost überwiegend als Unterwind in einzelnen Zonen zugeführt, sie tritt durch Öffnungen im Rost in das Verbrennungsgut ein.

Für einen vollständigen Ausbrand und um das Auftreten von organischen Verunreinigungen, z. B. Dioxinen, im Abgas auszuschließen, ist man bestrebt, die Feuerraumtemperatur soweit anzuheben, wie es der Schmelzpunkt der Schlacke und Asche zuläßt. Allerdings ist man in Folge einer ungleichmäßigen Verteilung des Abfalls auf dem Rost und/oder schwankender Heizwerte gezwungen, Verbrennungsluft im Überschuß einzublasen, um einen vollständigen Ausbrand sicherzustellen. Die Steigerung der Luftzufuhr führt jedoch - neben unerwünscht größeren Abgasmengen - zu einem Absinken der Feuerraumtemperatur. Wird die Luftzufuhr unterhalb eines optimalen Werts vermindert, steigt die CO-Konzentration im Abgas als Folge eines unvollständigen Ausbrands an.

Um diese gegensätzlichen Anforderungen an die zuzuführende Verbrennungsluftmenge in Einklang zu bringen, ist in dem Vortrag "Die Zukunft der thermischen Abfallbehandlung - Planung einer schadstofffreien Müllverwertungsanlage" auf dem ersten Symposium Abfallbehandlung der Anmelderin im März 1985 von T. Kisters vorgeschlagen worden, die Luftzahl (= Verhältnis der zugeführten zur stöchiometrisch benötigten Verbrennungsluft) von einem Rechner derart optimieren zu lassen, daß sich die maximale Betriebstemperatur unter Einhaltung vorgegebener CO-Gehalte im Abgas einstellt.

Um ohne Beeinträchtigung des Ausbrands die Luftzahl weiter reduzieren zu können, ist es erforderlich, die Verbrennungsluft auf die einzelnen Zonen des Rostes entsprechend dem dort auftretenden Bedarf zu verteilen. Diese Verteilung muß dauernd angepaßt werden, da sich die Hauptverbrennungszone mit dem größten Luftbedarf in Abhängigkeit von dem schwankenden Heizwert verschiebt. Bei hohen Heizwerten liegt sie näher zur Aufgabevorrichtung als bei niedrigen, bei denen sich die Trocknung und der Zündvorgang verzögert.

Im vorhin zitierten Vortrag ist vorgeschlagen worden, die Aufteilung der Verbrennungsluft auf die einzelnen Unterwindzonen zu automatisieren. Dazu wird in einem Rechner eine feste Zuordnung Unterwindverteilung zu Heizwert vorprogrammiert, der Heizwert wird aus dem Produkt Abgasmenge × Temperatur unter Aufschaltung der Stellgröße des Zuteilers ermittelt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei einem gattungsgemäßen Abfallverbrennungsverfahren die Unterwindverteilung weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Während die Patentansprüche 2 und 3 besonders vorteilhafte Varianten zur Bestimmung der aktuell entbundenen Wärme enthalten, läßt sich mit dem Verfahren nach Patentanspruch 4 sehr genau der Heizwert des im Feuerraum befindlichen Abfalls bestimmen. Die Maßnahme nach Anspruch 5 ermöglicht den Zündvorgang bei unterschiedlichen Heizwerten zur Verbrennungsoptimierung zu beeinflussen, insbesondere kann mit der Vorwärmung einer verzögerten Zündung und daraus resultierenden Pyrolyseeffekten entgegengewirkt werden.

Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung.

Fig. 1 zeigt grob schematisch eine erfindungsgemäße Regelung der Verbrennungsluft einer Müllverbrennungsanlage.

Im Feuerraum 1 befindet sich ein in fünf Sektionen 2.1-2.5 mit getrennt einstellbarer Transportgeschwindigkeit unterteiltes Rostsystem 2, z. B. fünf Rostwalzen oder ein unterteilter Vorschubrost. Jede Rostsektion 2.1-2.5 ist mit einer eigenen, über eine Klappe 3.1-3.5 regelbaren Unterwindzuführung 4.1-4.5 mit Heizung 5.1-5.5 ausgerüstet, die über einen gemeinsamen Luftkanal 6 mit Gebläse 7 mit Verbrennungsluft versorgt werden.

Im Ausführungsbeispiel entspricht daher die Aufteilung der Unterwindzonen 4.1-4.5 den Rostsektionen 2.1-2.5, dies ist nicht unbedingt erforderlich. Es hat sich gezeigt, daß die Unterwindzuführung in mindestens fünf unabhängig einstellbare Zonen und der Rost in mindestens drei Sektionen mit unabhängig verstellbarer Transportgeschwindigkeit unterteilt sein soll.

Ein Abfallzuteiler 8 - hier ein Stößelbeschicker - beschickt die erste Rostsektion 2.1. Am Übergang des Feuerraums 1 zum Nachbrennraum 9 sind Sekundärluftdüsen 10 angeordnet, gleichzeitig wird an dieser Stelle mit einem Meßfühler 11 die Abgastemperatur und der CO- und O₂-Gehalt des Abgases gemessen.

Auf den Nachbrennraum 9 folgt ein Dampferzeuger 12, anschließend an eine nicht dargestellte Abgasreinigung ein Saugzuggebläse 13, bevor die Abgase die Anlage über einen Kamin verlassen.

Die Regelung der gesamten Verbrennungsluftmenge, der Verteilung auf die Unterwindzonen 4.1-4.5 und der Unterwindvorwärmung erfolgt über einen Mikroprozessor 14, der dazu als Eingangsgrößen neben den Meßwerten des Meßfühlers 11 die mit einem Temperaturfühler 15 gemessene Abgastemperatur nach Dampferzeuger 12, den am Saugzuggebläse 13 bestimmten Abgasvolumenstrom und den am Abfallzuteiler 8 bestimmten Abfallmassenstrom verarbeitet. Als weitere Eingangsgrößen können dem Mikroprozessor 14 Menge, Druck und Temperatur des erzeugten Dampfes zugegeben werden.

Mit diesen Meßwerten regelt der Mikroprozessor 14 die Luftzuführung, Unterwindverteilung und -vorwärmung wie folgt:

Unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Luftzahl n ermittelt er aus der aktuell entbundenen Wärme den Mindestluftbedarf und stellt diesen am Gebläse 7 ein. Die aktuell entbundene Wärme wird als Summe der Dampferzeugungswärme, der Verlustwärme im Abgas und der Strahlungsverluste errechnet. Dazu wird die Dampferzeugungswärme entweder aus der Differenztemperatur des Abgases vor und nach dem Dampferzeuger 12 und dem im Saugzuggebläse 13 gemessenen Abgasvolumenstrom oder aus der Dampfmenge bestimmt. Die Verlustwärme im Abgas wird aus der Abgastemperatur nach dem Dampferzeuger 12 und dem Abgasvolumenstrom ermittelt, die Strahlungsverluste sind als Konstante eingegeben.

Gleichzeitig ermittelt der Mikroprozessor 14 kontinuierlich den Heizwert des Abfalls als Quotient aus aktuell entbundener Wärme und dem am Abfallzuteiler 8 gemessenen Abfallmassenstrom und stellt über eine vorprogrammierte, feste Zuordnung die Unterwindverteilung auf die Zonen 4.1-4.5 über die Klappen 3.1-3.5 und die Luftvorwärmung für die einzelnen Zonen 4.1-4.5 ein.

Zur genaueren Bestimmung des augenblicklichen Heizwertes im Feuerraum 1 wird zur Berechnung der um die Transportzeit zur Hauptverbrennungszone verschobene Meßwert des Abfallmassenstroms verwendet. Diese Meßwerte werden daher kontinuierlich in Abhängigkeit von der Zeit abgespeichert. Da die Transportzeit zur Hauptverbrennungszone wiederum vom Heizwert abhängt, erfolgt dessen Ermittlung iterativ.

Mit dem augenblicklich eingetragenen Massenstrom als Startwert wird ein Heizwert errechnet, die diesem Heizwert zugeordnete, vom Programm ermittelte Transportzeit bestimmt den Massenstromwert des nächsten Rechnerschrittes. Ebenso ist es möglich, eine bestimmte Transportzeit als Startwert vorzugeben. Die Iteration wird so oft durchgeführt, bis der Heizwert mit dem Massenstromwert errechnet ist, der vor der zugehörigen, einprogrammierten Transportzeit zur Hauptverbrennungszone mit dem Abfallzuteiler 8 gemessen wurde. Falls die Transportgeschwindigkeit von Rostsektionen 2.1-2.5 zur Optimierung der Verweilzeit inzwischen variiert wurde, wird dies bei der Iteration berücksichtigt. In dem Mikroprozessor ist die Lage der Hauptverbrennungszone in Relation zum Heizwert und die daraus resultierende Unterwindverteilung vorprogrammiert. Dieses Programm berücksichtigt, daß bei sinkendem Heizwert sich die Hauptverbrennungszone mit dem größten Luftbedarf von Abfallaufgabe weg verschiebt. Der Mikroprozessor 14 verschiebt den Hauptluftstrom durch Verstellen der Luftklappen 3.1-3.5 in die entsprechende Zone, gleichzeitig veranlaßt er eine stärkere Vorwärmung der Verbrennungsluft in den Zonen vor der Hauptverbrennungszone.

Gleichzeitig optimiert der Mikroprozessor 14 die Gesamtverbrennungsluftmenge am Gebläse 7 derart, daß sich die maximale Betriebstemperatur unter Einhaltung eines vorgegebenen, auf den Sauerstoffgehalt bezogenen CO-Grenzwert des Abgases einstellt:

Ausgehend von der am Meßfühler 11 gemessenen Temperatur am Ausgang des Feuerraumes 1 unter Einhaltung des CO-Grenzwertes vermindert der Prozessor 14 die Verbrennungsluftmenge und ermittelt die Veränderung von Temperatur und CO-Gehalt als Konsequenz dieser Luftveränderung. Ergibt sich eine Temperatursteigerung ohne Erhöhung des CO-Wertes, so wird ein zweiter Schritt in der gleichen Richtung durchgeführt.

Diese Optimierungsschritte für die Temperatur werden so oft wiederholt, bis eine vorgegebene Maximaltemperatur erreicht ist. Sinngemäß verfährt der Prozessor 14 beim Überschreiten der vorgegebenen CO-Grenze. Zuerst wird schrittweise die Luftmenge erhöht und die daraus resultierenden Temperatur- und CO-Änderungen ausgewertet. Der Mikroprozessor 14 sorgt also dafür, daß immer nur die absolut notwendige Luftmenge zugegeben wird, um einerseits eine möglichst hohe Temperatur im Feuerraum 1 und andererseits einen möglichst niedrigen CO-Wert im Abgas zu erhalten.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verbrennung von Abfall,
- bei dem der Abfall während der Verbrennung auf einem Rost durch einen Feuerraum befördert wird,
- ein Teil der Verbrennungsluft als Unterwind dem Rost in verschiedenen Zonen zugeführt wird, wobei die Gesamtverbrennungsluftmenge unter Einhaltung eines CO-Grenzwertes im Abgas mit einem Mikroprozessor automatisch minimiert wird, und die Luftverteilung auf die einzelnen Zonen in Abhängigkeit vom Heizwert des Abfalls auf Grundlage einer vorprogrammierten Zuordnung erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (14) kontinuierlich den Heizwert aus der aktuell im Feuerraum (1) entbundenen Wärme und dem eingetragenen Abfallmassenstrom bestimmt und mit diesem Wert die Luftverteilung auf die Unterwindzonen (4.1-4.5) regelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 bei dem mit den Abgasen aus der Verbrennung Dampf erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor die aktuell entbundene Wärme als Summe aus Dampferzeugungswärme, Abgasverlustwärme und Strahlungsverlustwärme errechnet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Dampferzeugungswärme aus der erzeugten Dampfmenge oder aus der Differenztemperatur des Abgases vor und nach der Dampferzeugung und dem Abgasvolumen und
- die Abgasverlustwärme aus dem Abgasvolumenstrom und der Abgastemperatur nach Dampferzeugung bestimmt werden, und
- die Strahlungsverluste als Konstante dem Prozessor eingegeben sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfallmassenstrom vor oder bei der Aufgabe kontinuierlich gemessen und zeitabhängig abgespeichert wird, und daß zur Heizwertberechnung der um die Transportzeit zur Hauptverbrennungszone zeitlich verschobene Massenstrom verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft in Abhängigkeit vom ermittelten Heizwert vorgewärmt wird.