DE3852174T2

DE3852174T2 - Verfahren zur steuerung der verbrennung für wirbelschichtverbrennungsanlagen.

Info

Publication number: DE3852174T2
Application number: DE3852174T
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Kuroda; Takeyuki Naito; Hiroshi Yoshida
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1987-05-01
Filing date: 1988-04-30
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2008-05-01
Also published as: DK541989D0; EP0358760A1; KR890700789A; RU2070688C1; WO1988008504A1; KR950013976B1; DK172333B1; FI894120A0; AU1689688A; BR8807488A; EP0358760A4; FI93673C; ATE114366T1; DK541989A; AU608004B2; EP0358760B1; US4986198A; FI93673B; FI894120A; DE3852174D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Verbrennung in einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett (Wirbelschichtverbrennungsanlage), und zwar geeignet zur Verhinderung der Abgabe von noch nicht verbranntem Gas ohne die Hervorrufung von Fluktuationen in der für die Verbrennung verfügbaren Luftmenge und der abgegebenen Gasmenge durch Steuerung der Verbrennungsrate von zu verbrennenden Materialien, die in einen Ofen oder eine Heizvorrichtung eingegeben werden, d. h. die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsrate pro Zeiteinheit in einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett zum Verbrennen von zu verbrennendem Material, dadurch daß die Fluidisierung eines Fluidisierungsmediums, wie beispielsweise Sand oder dergleichen, mit Hilfe von Luft bewirkt wird, die von einem unteren Teil des Ofenbettes her eingespeist wird. Die hier verwendete Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett weist einen zur Wärmewiedergewinnung ausgelegten Kessel mit fluidisiertem Bett auf.

Hintergrund der Erfindung

Verbrennungsvorrichtungen mit fluidisiertem Bett (Wirbelschichtverbrennungsanlage) sind bereits zur Verbrennung von städtischem Abfall verwendet worden. Wenn städtischer Abfall in einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett verbrannt wird, so wird der Abfall fortlaufend in diese Vorrichtung eingegeben. Bei der Mehrheit der Fälle wird eine enorme Müllmenge in der Form einer Masse eingegeben, wobei unterschiedliche Gegenstände miteinander verwicklt sind und in eine zusammengebackene oder agglomerierte Masse gedrückt sind. Verbrennungsvorrichtungen mit fluidisiertem Bett besitzen eine ziemlich hohe Verbrennungsrate, verglichen mit anderen Arten von Verbrennungsvorrichtungen und sie haben auch den Vorteil, daß sie in einigen Fällen einen Zustand vorsehen, bei dem das Material gut verbrannt wird. Paradoxerweise hat dies einen Nachteil insofern zur Folge, daß dann, wenn das zu verbrennende Material einmal in das fluidisierte Bett eingegeben ist, es innerhalb weniger Sekunden mit einer hohen Verbrennungsleistung verbrannt werden kann. Aus diesem Grunde kann folgendes auftreten: Wenn die zur Eingabe des zu verbrennenden Materials in die Verbrennungsvorrichtung verwendete Eingabevorrichtung hinsichtlich der Beibehaltung einer konstanten Eingaberate ungünstig ausgebildet ist, so entsteht ein Problem insofern, als jede Veränderung der zu verbrennenden Materialmenge, die in dem Ofen eingegeben wird, direkt zu Fluktuationen in der Sauerstoffkonzentration enthalten im Verbrennungsgas führen kann.
Wenn die in dem abgegebenen Verbrennungsgas enthaltene Sauerstoffkonzentration 5 % oder weniger ist, wobei die kritische Menge von der Bauart der Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett abhängt, so werden Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffhydride wie auch Methan, Ethylen, Propylen, Acetylen und Benzol ohne vollständig verbrannt zu sein, abgegeben. Auf diese Weise werden Materialien wie Ammoniumchlorid oder Ammoniumhydroxid erzeugt, was zu einer Emission weißen Rauches aus dem Kamin oder Schornstein führt. Da mit fluidisiertem Bett arbeitende Verbrennungsvorrichtungen eine hohe Verbrennungsleistung besitzen, kann die Verbrennung bewirkt werden, so lange wie die Oberflächengeschwindigkeit der fluidisierten Luft adequat ist für die Fluidisierung, selbst wenn das theoretische Luftverhältnis der in das Fluidisierungsmedium eingeblasenen Fluidisierungsluft kleiner als 1 ist. Um die Erzeugung von nicht verbrannten Gasen, wie beispielsweise Kohlenmonoxid, zu verhindern, wird jedoch das Luftverhältnis erhöht. In einigen Fällen wird zusätzliche Luft eingespeist, um so die Sauerstoffkonzentration selbst dann nicht zu reduzieren, wenn die Versorgung mit zu verbrennendem Material erhöht wird, um das Risiko zu berücksichtigen, daß die Fähigkeit der Eingabevorrichtung, eine konstante Eingaberate vorzusehen, schlechter wird.
Die in den Ofen eingeblasene Luftmenge ist beim Maximum doppelt so hoch wie die theoretische Luftmenge, und zwar abhängig von der Fähigkit der Eingabevorrichtung, eine konstante Speiserate sicher zu stellen. Selbst in diesem Falle jedoch sind die verschiedenen Gegenstände des Mülls miteinander verwickelt und bilden große zusammenbackende Klumpen, und zwar insbesondere dann, wenn man mit städtischem Abfall zu tun hat. Schließlich treten sogenannte massive Fälle auf, die momentan zu einem Fehlen von Sauerstoff führen und somit wird nicht verbranntes Gas (noch nicht verbrannt) wie Kohlenmonoxid gelegentlich von dem Schornstein abgegeben.
Bei bekannten Verfahren zur Verhinderung der Abgabe von nicht verbranntem Gas war es notwendig, die Fähigkeiten der Eingabevorrichtung zu verbessern, um so eine konstante Speiserate vorzusehen. Zudem, wie in JP-A 61 100 612 beschrieben, kann ein Meßmittel vorgesehen sein zum Zwecke des Messens der Materialmenge, die verbrannt werden soll, und die derzeit eingegeben wird, wobei man gestattet, daß die Menge dadurch reduziert wird, daß man die Drehgeschwindigkeit der Eingabevorrichtung dann vermindert, wenn abgefühlt oder gemessen wird, daß die zu verbrennende Materialmenge, die eingegeben wurde, erhöht wurde.
Ein weiteres eingesetztes Verfahren besteht darin, daß sekundäre Frischluft eingeblasen wird, und zwar dann, wenn abgefühlt wird, daß ein Anstieg des eingebenen Materials auftrat, oder daß eine Knappheit an Sauerstoff sich ereignete.
Wenn eine Eingabevorrichtung der herkömmlichn Bauart verwendet wird, um die Abgabe von nicht verbranntem Gas zu verhindern, so ist das Potential für Verbesserungen zum Vorsehen einer konstanten Eingaberate begrenzt, was zur Folge hat, daß teure Eingabevorrichtungen verwendet werden müssen.
Das in der JP-A-61 100 612 beschriebene Verfahren umfaßt die Verwendung einer Vorrichtgung zur Messung der eingegebenen Materialmenge. Die Verwendung dieser Vorrichtung hat jedoch einen Mangel an Sauerstoff zur Folge, weil das in den Ofen fallende Verbrennungsmaterial augenblicklich verbrannt wird. Sekundäre Frischluft wird in den Ofen eingeblasen, um diesen Mangel zu kompensieren, wobei zu dieser Zeit das Auslaßgasvolumen erhöht wird, und zwar wegen der Einführung der Sekundärluft und auch wegen der Erhöhung des Abgases, das sich aus der intensiven Verbrennung ergibt. Der Druck innerhalb des Ofens wird somit positiv. Wenn dieser positive Druck abgefühlt wird, so wird ein Einlaßdämpfer eines Induktionsventilators geöffnet, um den Ofendruck zu normalisieren. Wenn daher eine große Menge an Material zur Verbrennung geladen wird, so fluktuiert der Ofendruck, Gas wird durch einen Abgasleiungsflansch und ein Ascheabgabedrehventil injiziert, und zwar wegen des positiven Drucks innerhalb des Ofens, und dies hat zur Folge, daß ein pulvriger Staub in dem Abgas enthalten ist, der verstreut wird, was zu einer staubigen Umgebung bei der Anlage führt.
Verfahren zur Steuerung der sekundären Frischluft zur Aufrechterhaltung der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas auf einem bestimmten Niveau umfaßt auch die folgenden innewohnenden Probleme. Da die Verbrennnungsrate einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett recht hoch ist, wird jede Fluktuation der Rate, mit der zu verbrennendes Material in den Ofen eingespeist wird, direkt als eine Ungleichmäßigkeit der Rate reflektiert, mit der das Gas abgegeben wird und somit ergibt sich der oben erwähnte Nachteil.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß das Vorhandensein einer großen Menge an Verbrennungsluft das Vorsehen eines großen Verbrennungsgebläses und eines großen Gasabgabeinduziergebläses erforderlich macht, was wiederum einen höheren Leistungsverbrauch für den Antrieb dieser Gebläse oder Ventilatoren zur Folge hat. Darüber hinaus muß, da das abgegebene Gasvolumen fluktuiert, die Verarbeitungsausrüstung zur Handhabung dieses Gases, die einen Auslaßkanal, einen Gaskühler und einen elektrischen Staubsammler benötigt, eine große Kapazität aufweisen, um mit dem maximal möglichen Gasfluß zurecht zu kommen. Dies bedeutet, daß sowohl die Größe der Verbrennungseinrichtung als auch die Gesamtkosten der Konstruktion bzw. des Baus übermäßig hoch sind.
Bei einem konventionellen Kessel mit fluidisiertem Bett insbesondere einem Kessel mit fluidisiertem Bett, verwendet für die Leistungs- oder Stromerzeugung wird die Kohlemenge, die in dem Kessel eingespeist wird, verändert, um jedweder Lastfluktuation entsprechend variiert zu werden, wie dies in JP-A-59 001 912 beschrieben ist. Immer dann, wenn die gelieferte Brennstoffmenge erhöht wird, wird die Verbrennungsrate durch ein Verfahren gesteuert, und zwar ein Verfahren zur Regulierung der Einspeise- oder Eingaberate von fluidisierter Luft, die von dem unteren Teil des fluidisierten Bettes eingespeist wird, so daß die Temperatur des Fluidisierungsmediums in dem fluidisierten Bett nicht oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt. Selbst bei Verwendung dieser Verbrennungssteuermethode ist es unmöglich, die Abgabe von nicht verbranntem Gas zu verhindern, ohne Fluktuationen in den entsprechenden Mengen an Verbrennungsluft und Ab- oder Auslaßgas hervorzurufen, während gleichzeitig die plötzlichen Fluktuationen in der Verbrennungsrate eingeschränkt werden, und zwar insbesondere gilt dies dann, wenn die zu verbrennende Materialmenge, die in den Ofen eingegeben wird, sich in einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett zur Verbrennung von Material, wie beispielsweise städtischem Abfall endet, da solcher Müll eine Mischung aus verschiedenen Bestandteilen enthält, die sich voneinader hinsichtlich Masse, Konfiguration, Verbrennfähigkeit und Kalorienwert unterscheiden.
JP-A-59-1915019 beschreibt ein Verbrennungssteuerverfahren zur Anwendung bei einer Verbrennungsvorrichtung mit einem fluidisiertem Bett, um Material zu verbrennen, welches in die Verbrennungsvorrichtung eingegeben wird. Die Fluidisierung eines Fluidisierungsmediums wird in der Verbrennungsvorrichung bewirkt unter Zuhilfenahme von Primärluft, die vom unteren Teil des fluidisierten Bettes her eingespeist wird. Mittel sind vorgesehen, um die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas und die Strömung der Primärluft und der Sekundärluft zu detektieren. Die Sauerstoffkonzentration an der Bettoberfläche wird berechnet. Diese Konzentration wird auf einen vorbestimmten Pegel gesteuert, so daß eine reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten wird, um die Bildung vo NOx zu vermeiden. Wenn beispielsweise die Sauerstoffkonzentration an der Bettoberfläche abnimmt, beispielsweise deshalb, weil mehr Material verbrannt wird, so wird die Menge an Primärluft eingespeist von dem unteren Teil des fluidisierten Bettes her erhöht. Die Menge an Primärluft eingespeist von dem unteren Teil des fluidisierten Bettes her wird auf ihren ursprünglichen Wert dann zurückgeführt, wenn die Sauerstoffkonzentration über den vorbestimmten Pegel ansteigt, so daß die Sauerstoffkonzentration auf dem vorbestimmten Pegel gehalten wird.
Es sei bemerkt, daß die Verbrennungsrate hier durch folgendes gegeben ist: Kalorienwert (kcal/kg) x Volumen des zu verbennenden Materials (Verbrennungsmaterialmenge) (kg/Zeit).
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Umstände gemacht und ein Primärziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben genannten Probleme zu vermeiden, die bei dem Stand der Technik auftreten, und zwar durch Vorsehen eines Verbrennungssteuerverfahrens und einer Vorrichtung zur Anwendung bei einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett, die in der Lage ist, die Abgabe von nicht verbranntem Gas zu verhindern, ohne die entsprechenden Mengen an Verbrennungsluft und Abgas zu erhöhen, ohne irgendeine Notwendigkeit für eine teure Eingabevorrichtung mit einer hohen Fähigkeit zur Sicherstellung einer konstanten Eingaberate, und zwar gilt dies selbst für den Fall, daß das zu verbrennende Material Kohle ist, städtischer Abfall, Industrieabfall oder Mischungen daraus mit unterschiedlichen Kalorienwerten, Verbrennungsraten, Konfigurationen und Massenvolumina eingegeben in die Verbrennungsvorrichtung und bei fluktuierendem Eingabematerial.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgesehen zum Steuern einer Verbrennungsvorrichtung, wie dies in den Ansprüchen 1 und 5 dargestellt ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, ist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Verbrennungssteuerverfahren vorgesehen, und zwar zur Anwendung bei einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett zum Zwecke des Verbrennnens von Material, welches hineingegeben wird und durch Hervorrufung der Fluidisierung eines Fluidisierungsmediums unter Zuhilfenahme von Luft, die vom unteren Teil eines fluidisierten Bettes eingeben wird, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Überwachung der Verbrennungsrate des zu verbrennenden Materials, welches in dem fluidisiertem Bett der Verbrennungsvorrichtung verbrannt wird; Erhöhung der Verbrennungsrate des zur Verbrennung in dem Ofen dienenden Materials, wenn die Verbrennungsrate des eingegebenen Materials ein vorbestimmtes Niveau übersteigt, und zwar durch Reduzieren der Luftmenge, die von dem unteren Teil des fluidisierten Bettes eingespeist wird, und gleichzeitiges Erhöhen der Luftmenge, die in einen Raum eingeblasen wird, der oberhalb des fluidisierten Bettes liegt, um die Verbrennungsrate des zu verbrennenden Materials auf einem konstanten Niveau oder Pegel zu halten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verbrennungssteuerverfahren in einer fluidisierten Bettverbrennungsvorrichtung vorgesehen, wobei das fluidiserte Medium durch Luft fluidisiert wird, welche von einer Vielzahl von Luftkammern eingespeist wird, die am unteren Teil eines fluidiserten Bettes angeordnet sind, und wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist; Reduzieren der eingeblasenen Luftrate um eine vorbestimmte Größe entsprechend der zu verbrennenden Materialmenge, die in die Verbrennungsvorrichtung eingegeben wird, und zwar dann, wenn die Menge dieses Materials, welche eingegeben wird, über eine vorbestimmte Menge ansteigt, wobei die Luft eingespeist wird von Luftkammern, vorgesehen an dem Teil, wo die zu verbrennenden Materialien herabfallen, und gleichzeitiges Erhöhen der Strömungsrate der Luft, die von den anderen Luftkammern eingespeist wird, und zwar entsprechend der zu verbrennenden Materialmenge, die eingegeben wird, und schließlich Leiten der Luft zu einem Raum oberhalb des fluidisierenden Bettes, um so die Fluidisierungsbetriebsart des fluidisierten Mediums an dem Teil zu moderieren, wo das zu verbrennende Material herunterfällt und um die Fluidisierungsbetriebsart des Fluidisierungsmediums an der Stelle zu aktivieren, die den Teil umgibt, wodurch die Verbrennungsrate gesteuert werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig.1(A), 1(B) und 1(C) sind Diagramme, welche die Helligkeit in einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett darstellen, ferner die Konzentration des Sauerstoffs, enthalten in dem Abgas und tatsächlich gemessene Ergebnisse der Fluktuationen des im Ofen herrschenden Drucks;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch den Aufbau einer Verbrennungsvorrichtung mit einem fluidisiertem Bett zeigt, bei dem das erfindungsgemäße Verbrennungssteuerverfahren praktiziert wird;
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches folgendes darstellt: Fluktuationen in der Verbrennungsgröße, der Konzentration des Sauerstoff, enthalten in dem Abgas, der Menge an Abgas, der Menge an Primärluft, der Menge an Sekundärluft und der Innerofentemperatur bezüglich Änderungen über die Zeit hinweg gesehen, und zwar der Materialmenge, die verbrannt werden soll, die in die Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett eingegeben ist, und zwar gemäß einem konventionellen Verbrennungssteuerverfahren;
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches folgendes darstellt: Fluktuationen der Verbrennungsgröße oder -menge, der Konzentration des in dem Abgas enthaltenden Sauerstoffs, der Abgasmenge, der Menge an Primärluft, der Menge an Sekundärluft und der Ofentemperatur bezüglich Änderungen abhängig von der Zeit bei der zu verbrennenden Materialmenge, die in die Verbrnenungsvorrichtung mit fluidisertem Bett eingegeben ist, und zwar zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verbrennungssteuerverfahrens,
Fig.5(A), 5(B) und 5(C) sind Diagramme tatsächlich gemessener Ergebnisse der Primärluftmenge, der Helligkeit im Ofen und der Konzentration des Sauerstoffs enthaltend in dem Abgas bei Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens basierend auf der Innerofenhelligkeit;
Fig. 6(A) und 6(B) die Kombination tatsächlicher gemessener Ergebnisse der Konzentration des Sauerstoff enthaltend in dem Abgas; Fig. 6(A) ein Diagramm, welches einen Fall darstellt, bei dem das konventionelle Verbrennungssteuerverfahren verwendet wird; Fig. 6(B) ein Diagramm, welches den Fall darstellt, bei dem das erfindungsgemäße Verbrennungssteuerverfahren verwendet wird;
Fig. 7 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Fluidisierungsvergrößerungsleistung G (U/Umf) und dem Wärmetransferkoeffizienten hk in einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett zeigen;
Fig. 8 ein Diagramm, welches die Beziehung darstellt zwischen der Fluidisierungsvergrößerungleistung G (U/Umf) und einem Druckverlust PL;
Fig. 9(A) und 9(B) Diagramme, die jeweils die tatsächlich gemessenen Resultate der Fluktuation der Konzentration des Sauerstoffs zeigen, und zwar enthaltend in dem Abgas dann, wenn städtischer Abfall verbrannt wird, und zwar unter Verwendung unterschiedlicher Mengen an Fluidisierungsluft in der Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett;
Fig. 10 ein Blockdiagramm, welches schematisch den Aufbau einer anderen Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett zeigt, in dem das Verbrennungsteuerverfahren gemäß der Erfindung praktiziert wird;
Fig.11(A), 11(B) und 11(C) Diagramme, welche die tatsächlich gemessenen Resultate der Fluktuationen zeigen, und zwar bei der Menge an Primärluft, dem Innerofendruck und der Konzentration von Sauerstoff enthalten im Abgas, und zwar unter den Bedingungen der Anwendung des erfindungsgemäßen Verbrennungssteuerverfahrens, basierend auf dem Innerofendruck;
Fig.12 ein Blockdiagramm, welches schematisch den Aufbau einer weiteren Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett zeigt, bei der das erfindungsgemäße Verbrennungssteuerverfahren praktiziert wird;
Fig.13 ein Blockdiagramm, welches schematisch den Aufbau einer weiteren Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett zeigt, bei dem das erfindungsgemäße Verbrennungssteuerverfahren praktiziert wird;
Fig.14 ein Diagramm, welches den Fluß des Steuerprozesses beim erfindungsgemäßen Verbrennungssteuerverfahren zeigt;
Fig.15 ein schematisches Blockdiagramm, welches den Aufbau einer weiteren Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett zeigt, bei der das erfindungsgemäße Verbrennungssteuerverfahren praktiziert wird;
Fig.16 ein Diagramm, welches Fluktuationen bei den Abgasmengen, der Primärluft, der Sekundärluft und der Konzentration des Sauerstoffs enthalten im Abgas zeigt, und zwar hinsichtlich über die Zeit hinweg darauffolgender Veränderungen der Materialmenge zur Verbrennung eingegeben in eine Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertein Bett gemäß der Konstruktion in Fig. 15 und basierend auf dem konventionellen Verbrennungssteuerverfahren; und
Fig.17 ein Diagramm, das die Fluktationen zeigt, und zwar in der Menge des Abgases, der Primärluft, der Sekundärluft und der Konzentration des Sauerstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, und zwar bezüglich der über die Zeit hinweg erfolgenden Variationen hinsichtlich der Menge des zur Verbrennung vorgesehnen Materials, welches in eine Verbrennungsvorrichtung mit einem fluidisiertem Bett eingegeben ist, wobei diese Vorrichtung die Konstruktion gemäß Fig. 15 besitzt und das erfindungsgemäße Verbrennungssteuerverfahren Anwendung findet .

Bestes Verfahren zur Durchführung der Erfindung

Das Verfahren zur Durchführung der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es ist recht schwer, die Verbrennungrate von Material, welches verbrannt werden soll, und zwar in einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett direkt zu messen. Die Verbrennungsrate kann indirekt durch die im Ofen herrschende Helligkeit, die Konzentration des Sauerstoffs, enthalten im Abgas, den im Inneren des Ofens herrschenden Drucks, der im Ofen herrschenden Temperatur oder der Menge, Masse und/oder Materialeigenschaften des in den Ofen eingegebenen Materials detektiert werden.
Die Fig. 1(A) bis 1(C) sind Diagramme, welche tatsächlich gemessene Ergebnisse der Verbrennungsrate darstellen, und zwar in der oben erwähnten Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett, und zwar wird diese repräsentiert durch die Innenofenhelligkeit L, die Sauerstoffkonzentration E (im Abgas) und den Innenofendruck P. Es sei bemerkt, daß die Abszisse, die Zeit t angibt (eine Unterteilung auf der Skala ist äquivalent zu 5 sec). In einer in diesen Zeichnungen gezeigten Verbrennungsvorrichtung mit einem fluidisiertem Bett verändern sich die Innenofenhelligkeit L, die Sauerstoffkonzentration E im Abgas und der Innenofendruck P ansprechend auf Fluktuationen der Verbrennungsrate. Die Erfindung bezieht sich auf die Aufrechterhaltung der Verbrennungsrate auf einem konstanten Niveau oder Pegel, und zwar durch die Schritte des Abschätzens der Verbrennungrate aus Folgendem: Der Innenofenhelligkeit L, der Sauerstoffkonzentration E im Abgas und dem Innenofendruck P, wobei die Menge an Fluidisierungsluft geregelt wird, die von dem unteren Teil des fluidisierten Bettes her eingespeist wird, und zwar basierend auf dieser Abschätzung und wobei die Unterdrükkung abrupter Fluktuationen in der Verbrennungsrate erfolgt, selbst wenn sich die Materialmenge des zur Verbrennung in den Ofen eingegebenen Materials verändert.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch den Aufbau einer Verbrennungsvorrichtung mit einem fluidisierten Bett darstellt, bei dem das erfindunggemäße Steuerverfahren praktiziert wird. In Fig. 2 ist mit 1 ein Ofen bezeichnet, innerhalb von dem ein fluidisiertes Bett 2 ausgebildet wird, wobei ein Fluidisierungsmedium, wie beispielsweise Sand oder dergleichen, fluidisiert wird. Vorgesehen am unteren Teil des fluidisierten Bettes 2 ist eine Luftkammer 6, durch die Fluidisierungsluft von einem Fluidisierungsgebläse her (welches nicht dargestell ist) über ein Rohr 5 eingespeist wird, und zwar in den Ofen 1, um so die Fluidisierung des Fluidisierungsmediums zu bewirken. Das Gebläse kann beispielsweise ein Zentrifugalgebläse sein, welches vorzugsweise derart reguliert wird, daß seine Abgaberate auf einem konstanten Niveau während des Betriebs gehalten wird. Das Bezugszeichen 11 bezieht sich auf eine Eingabevorrichtung oder einen Trichter, um das Eingeben von Material, welches verbrannt werden soll, beispielsweise von städtischem Abfall, zu gestatten. Eine Eingabevorrichtung 12 dient zur Eingabe dieses Materials in den Ofen 1 und ist am unteren Teil des Trichters oder Behälters 11 vorgesehen. Das Bezugszeichen 14-1 repräsentiert einen Feststell- oder Detektorsensor zum Detektieren der Helligkeit im Ofen 1; 13 bezieht sich auf eine Steuervorrichtung, die dazu verwendet wird, um das Ausmaß einer Ventilöffnung zu regulieren, und zwar basierend auf einem gemessenen Wert der Helligkeit im Ofen 1. Eine Luftdüse 8 ist an einer Wand des Ofens 1 angeordnet und dient zum Einblasen von Luft in einen Raum oberhalb des fluidisierten Bettes 2. Ein Steuerventil 7 ist über ein Rohr 16 mit einer Luftdüse 8 verbunden. Das Steuerventil 7 kann entweder im Rohr 5 oder im Rohr 16 angeordnet sein. Die Rohre 16 und 5 können jeweils mit anderen Gebläsen in Verbindung stehen anstelle der Anordnung, bei der das Rohr 16 das Rohr 5 umgeht (by-pass). In der Zeichnung bezieht sich das Bezugszeichen 9 auf einen Freiraumteil (free board portion) und 18 bezieht sich auf eine Sekundärlufteinführleitung oder ein Rohr. Der Helligkeitsdetektorsensor 14-1 ist auf einer geeigneten Höhe oberhalb eines Sekundärlufteinführtanschlusses angeordnet, und zwar in einer solchen Position, daß der gesamte Querschnitt des Ofens beobachtet werden kann, was die Detektion der Helligkeit des Ofens 1, die durch die Verbrennung von Verbrennungsmaterial A erzeugt wird, gestattet, ohne durch das fluidisierte Medium oder die Helligkeit der Ofenwand beeinflußt zu werden. In der Zeichnung bezeichnet das Symbol EG Abgas (exhaust gas), welches von einem Abgasauslaß abgegeben wird und mit AS wird Asche bezeichnet, die von einem Ascheauslaß abgegeben wird.
In der oben erläuterten Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett wird das von der Eingabevorrichtung 12 in den Ofen 1 eingegebene Material A auf einen bestimmten Teil des fluidisierten Betts 2 fallengelassen, d. h. auf den Mittelteil davon. In diesem Falle kann das Material A, obwohl dies nicht dargestellt ist, unter Verwendung einer Verteilvorrichtung verteilt werden. Wenn die in den Ofen 1 eingegebene Menge an Material A größer als normal wird, dann wird die Verbrennungrate (pro Zeiteinheit) des verbrennenden Materials sehr hoch und die Helleigkeit im Ofen 1 steigt an. Auf diese Weise steigt auch die Ausgangsgröße des die Helligkeit detektierenden Sensors 14-1 an. Wenn die Helligkeit des Ofens 1 ansteigt, so dient die Steuervorrichtung 13 dazu, das Steuerventil 7 zu öffnen, so daß ein Teil der Luft, die von der Luftkammer 6 eingespeist wird, von der Luftdüse 8 über das Rohr 16 in den Raum oberhalb des fluidisierten Bettes 2 eingeblasen wird. Infolgedessen wird die Luftmenge, die von der Luftkammer 6 eingespeist wird, vermindert und somit wird die Fluidisierungsbetriebsart oder die Fluidisation des fluidisierten Mediums in dem fluidisierten Bett 2 gemässigt. Dies hat zur Folge, daß der Effekt der Wärmeübertragung von dem fluidisierten Medium zu dem Material A, welches verbrannt wird, vermindert wird, wodurch eine Reduktion der Rate verursacht wird, bei der das Material vergast wird. Anders ausgedrückt, wird die Verbrennungsgeschwindigkeit verlangsamt. Zu dieser Zeit nimmt die Sauerstoffmenge in dem fluidisierten Bett 2 ab, und zwar infolge der Reduktion der Luftmenge, die von der Luftkammer 6 geliefert wird. Andererseits steigt die Menge an nicht verbranntem Gas an, und zwar proportional zu der Reduktion der Luftmenge, die aus der Kammer 6 fließt. Daraus folgt jedoch, daß das nicht verbrannte Gas in dem Raum im Freiraumteil 9 oder dergleichen verbrannt wird, der sich oberhalb des fluidisierten Bettes 2 befindet, weil die durch die Luftdüse 8 eingegebene oder eingespritzte Luftmenge vergrößert wird.
Eine Luftmenge äquivalent zur Reduktion der Luftmenge geliefert von der Luftkammer 6 kann durch entweder die Luftdüse 8 oder den Sekundärlufteinführanschluß geliefert werden oder aber sie kann durch eine geeignete Verteilungsanordnung durch beide geblasen werden. Kurz gesagt, was getan werden sollte, ist das Folgende: Es muß Luft in dem Freiraumteil in einer hinreichenden Menge geblasen werden, um das nicht verbrannte Gas zu verbrennen.
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches Fluktuationen darstellt, und zwar von Folgendem: Größen der Verbrennungsrate, Konzentration von Sauerstoff enthalten im Abgas, Menge von Abgas, Menge von Fluidisierungsluft (Primärluft), Menge von Sekundärluft und Innenofentemperatur, und zwar relativ zur vergangenen Zeit und bezügich Veränderungen in der Menge des zu verbrennenden Materials, welches in eine Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett eingegeben wurde, wobei ein konventionelles Verbrennungssteuerverfahren verwendet wird. Fig. 4 ist ein Diagramm, welches die folgenden Fluktuationen darstellt: Größen der Verbrennungsrate, Konzentration des in dem Abgas enthaltenen Sauerstoffs, Abgas, Fluidisierungsluft (Primärluft) und Sekundärluft und im Ofen herrschende Temperatur relativ oder abhängig von der vergangenen Zeit bezüglich Veränderungen in der Menge des Materials, welches zum Zwecke der Verbrennung in eine Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett eingegeben wurde, und zwar unter Verwendung des Verbrennungssteuerverfahrens gemäß der Erfindung. In den Zeichnungen ist auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen.
Beim Stand der Technik gemäß Fig. 3 wird eine Primärluftmenge C geliefert vom unteren Teil des fluidisierten Bettes 2 über die Luftkammer 6 konstant gehalten und wenn das Material A zum Zeitpunkt t&sub1; eingeladen oder eingegeben wird, fängt die Vergasung augenblicklich an. Nach wenigen Sekunden wird die Verbrennung eingeleitet und die Verbrennungsrate Q steigt an, während die Sauerstoffkonzentration E im Abgas abrupt abnimmt. Wenn die Sauerstoffkonzentration niedrig ist, so wird nicht verbranntes Gas abgegeben und somit wird die Sedkundärluftmenge D erhöht, und zwar infolge des Abfalls der Sauerstoffkonzentration im Abgas, während die Abgasmenge B ebenfalls ansteigt. Die Innerofentemperatur T wird ebenfalls angehoben, weil die Verbrennungsrate Q hoch wird. Bei fortgesetzter Verbrennung wird die Menge an noch nicht verbranntem Material im Ofen 1 niedriger und die Sauerstoffkonzentration E im Abgas wird erhöht. Somit wird die Sekundärluftmenge D kleiner gemacht und die Abgasmenge B wird reduziert, um so die Innerofentemperatur abzusenken.
Im Gegensatz dazu wird in einem Falle, wo das Verbrennungssteuerverfahren gemäß der Erfindung verwendet wird unter der Annahme, daß Material für die Verbrennung A zur Zeit t&sub1; eingegeben wird und die Verbrennungsrate Q, wie in Fig. 4 gezeigt, erhöht wird, die Helligkeit des Ofens auch erhöht. Wenn die Ausgangsgröße des Helligkeitsdetektorsensors 14-1 erhöht wird, so arbeitet die Steuervorrichtung 13 zum Zwecke des Öfenens des Steuerventils 7, wodurch eine Luftmenge äquivalent zu einer Primärluftmenge C&sub2; in dem Raum oberhalb des fluidisierten Bettes 2 eingeblasen wird und demgemäß wird die Primärluftmenge C&sub1;, welche die Menge an Luft geliefert von der Luftkammer 6 repräsentiert, vermindert. Die Reduktion der Menge an Primärluft C&sub1; eingespeist von der Luftkammer 6, bewirkt einen Abfall der Anstiegsrate der Verbrennungsrate Q. Somit wird die Verbrennung verzögert, so daß die Sauerstoffkonzentration E im Abgas ebenfalls reduziert wird, aber nicht abrupt, sondern gemäßigt. Zudem wird die Sekundärluftmenge D in Proportion zum Abfall der Sauerstoffkonzentration E im Abgas erhöht und somit tritt keine wesentliche Fluktuation der Sauerstoffkonzentration E im Abgas auf.Da die Anstiegsrate der Verbrennungsrate verlangsamt wird, wird auch die Anstiegsrate der Innerofentemperatur T vermindert. Wenn die Verbrennungsrate Q reduziert wird, so wird das Steuerventil 7 geschlossen, um die Primärluftmenge C&sub2; von der Luftdüse 8 zu reduzieren und um die Primärluftmenge C&sub1; von der Luftkammer 6 zu erhöhen. Wegen dieser Erhöhung der Primärluftmenge C&sub1; wird die Fluidisierungsbetriebsart des Fluidisierungsmediums im fluidisierten Bett 2 aktiviert, so daß der Betrieb zum Normalzustand zurückkehrt.
Mit dem Anstieg der Verbrennungsrate Q wird, wie oben beschrieben, die Primärluftmenge C&sub1; von der Luftkammer C&sub2; reduziert, wohingegen die Primärluftmenge C&sub2; von der Luftdüse 8 vergrößert wird. Die Sekuhndärluftmenge D wird proportional zu der mäßigen Reduktion in der Sauerstoffkonzentration E im Abgas geliefert und somit ist der Anstieg der Abgasmenge B recht klein.
Der Anstieg (Abfall) in der Sekundärluftenge ist vorzugsweise gleich dem Abfall (Anstieg) in der Primärluftmenge. Der Anstieg (die Abnahme) kann jedoch ±30 % der Abnahme (des Anstiegs) der Primärluftmenge sein.
Fig. 5 ist eine Gruppe von Diagrammen, die die tatsächlich gemessenen Ergebnise darstellt, und zwar erhalten durch die Steuerung der Verbrennungsrate nach Steuerung der Primärluftmenge C&sub2; geliefert von der Luftkammer 6 auf der Basis der Innerofenhelligkeikt L, d. h. der Ausgangsgröße des Helligkeitsdetektorsensors 14-1. Fig. 5(A) veranschaulicht Fluktuationen in der Primärluftmenge C&sub1; (Nm³/m².H). Fig. 5(B) veranschaulicht Fluktuationen der Innerofenhelligkeit L (%). Fig. 5(C) veranschaulicht Fluktuationen der Sauerstoffkonzentration E (%) im Abgas. Auf der Abszisse ist die Zeit t aufgetragen (eine Gradierung oder Unterteilung auf der Skala ist äquivalent zu 17 sec).
Wie in diesen Zeichnungen dargestellt ist, wird die Primärluftmenge C&sub1; eingespeist von der Luftkammer 6 auf der Basis der Innerofenhelligkeit L gesteuert, wodurch entweder Fluktuationen in der Sauerstoffkonzentration E im Abgas bemerkenswert gemäßigt werden. Es kann daher bestätigt werden, daß die Verbrennung gemäßigt (die Verbrennungsgeschwindigkeit wird verlangsamt) und sodann stabilisiert wird.
Fig. 6 ist eine Gruppe von Diagrammen, die die tatsächlich gemessenen Ergebnisse der Sauerstoffkonzentration E im Abgas darstellen, und zwar erhalten durch Verbrennungssteuerverfahren gemäß dem Stand der Technik und gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 6(A) veranschaulicht einen Fall der Verwendung des Verbrennungssteuerverfahrens gemäß dem Stand der Technik, während Fig. 6(B) einen Fall veranschaulicht, bei dem ein Verbrennungssteuerverfahren gemäß der Erfindung verwendet wurde. In der Zeichnung ist auf der Ordinate die Sauerstoffkonzentration E (%) im Abgas aufgetragen, wohingegen die Abszisse die Zeit t angibt (eine Gradierung oder Unterteilung der Skala repräsentiert 200 sec). Wie in der Zeichnung gezeigt ist, kann bestätigt werden, daß der Fluktuationsbereich in der Sauerstoffkonzentration E im Abgas erreicht durch das Steuerverfahren gemäß der Erfindung kleiner ist als dies bei dem Verbrennungsverfahren gemäß dem Stand der Technik der Fall ist.
Das Verbrennungsteuerverfahren gemäß der Erfindung wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 erläutert. Fig. 7 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Fluidisierungsvergrößerungsleistung G (U/Umf) und dem Wärmeübertragungskoeffizienten hk in der Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett darstellt. Fig. 9 ist ein Diagramm, welches die Beziehung darstellt zwischen der Fluidisierungsvergrößerungsleistung G (U/Umf) und dem Druckverlust PL, wobei U die Oberflächengeschwindigkeit ist und Umf ist die minimale Fluidisierungsoberflächengeschwindigkeit (die minimale Oberflächengeschwindigkeit, bei der das Fluidiserungsmedium fluidisiert ist).
Die konventionlle Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertein Bett wird betrieben mit der Oberflächengeschwindigkeit U der Fluidisierungsluft, derart bestimmt, daß die Fluidisierungsvergrößerungsleistung G innerhalb des Bereichs vonm 4 bis 10 (U/Umf) (700 bis 1500 Nm³/m2 H) liegt. Somit wird der Wärmeübertragungskoeffizient hk fast konstant gehalten und es gibt eine Grenze bei der Steuerung der Vergasungsrate des zu verbrennenden Materials, selbst wenn die Oberflächengeschwindigkeit der Fluidisierungsluft geändert wird. Eine Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett betrieben mit dem erfindungsgemäßen Verbrennungssteuerungsverfahren wird mit Fluidisierungsluft betrieben, die mit einer Oberflächengeschwindigkeit U und mit der Fluidisierungsvergrösserungleistungs 1 bis 4 (U/Umf) (250 bis 700 Nm³/m2 H) betrieben wird, was niedriger liegt als im Falle konventioneller Betriebsarten. Wenn die Verbrennungrate Q des zu verbrennenden Materials über einen vorbestimmten Pegel hinaus vergrößert wird, so wird die Oberflächengeschwindigkeit der Fluidisierungsluft zu dem Bereich verschoben, der definiert wird durch schräge Linien in Fig. 7, d. h. dem Bereich, wo die Fluidisierungsvergrößerungsleistung G etwas 1 (U/Umf) übersteigt. Es ist daher möglich, den Wärmeübertagungskoeffizienen hk zu ändern. Aus diesem Grund ist es nunmehr möglich, ein Verfahren vorzusehen zur Steuerung der Vergasungsrate einfach durch Verändern der Oberflächengeschwindigkeit der Fluidisierungsluft und dieses Verfahren macht es auch möglich, die Vergasungsrate des Materials zu steuern, welches effizienter verbrannt wird.
Fig. 9 ist ein Diagramm, welches die Variationen der Sauerstoffkonzentration E im Abgas darstellt, wenn der städtische Abfall in einer Verbrennungsvorrichtung mit einem fluidisierten Bett verbrannt wird, und zwar durch Änderung der Menge an fluidisierter Luft. Fig. 9(A) stellt einen Fall dar, wo die Fluidisierungsluftmenge 970 (Nm³/m² H) ist. Fig. 9(B) veranschaulicht einen Fall, wo die Fluidisierungsluftmenge 420 (Nm³/m² H) ist. In der Zeichnung ist auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen (eine Unterteilung repräsentiert 100 sec). Wenn, wie gezeigt, die Fluidisierungsluftmenge bis auf 970 (Nm³/m² H) ansteigt, so wird der eingeladene Müll augenblicklich vergast und Fluktuationen in der eingegebenen oder eingeladenen Menge führen direkt zu Variationen oder Veränderungen beim Sauerstoffgehalt im Abgas. Daher gilt folgendes: Selbst wenn die Verbrennungsgeschwindigkeit reguliert wird, sind die Fluktuationen so groß, daß die Veränderungen sowohl bei der Sauerstoffkonzentration als auch bei dem Kohlenmonoxid exzessiv werden. Wenn im Gegensatz dazu die Menge an Fluidisierungsluft 420 (Nm³/m&sub2; H) ist, so stabilisiert sich die Verbrennung auf einem moderaten oder gemäßigten Zustand (die Verbrennungsgeschwindigkeit wird langsam) und diese Fluktuationen werden minimiert.
Wenn die Verbrennung in der Fluidisierbettverbrennungsvorrichtung in der oben beschriebenen Weise gesteuert wird, so kann die Verbrennung dazu verwendet werden, um unterschiedliche Arten von Materialien zu verbrennen, wie beispielsweise Kohle, städtischen Abfall, industriellen Abfall und Mischungen daraus, d. h. von Materialien, deren Kalorienwerte, Brennbarkeit, Konfiguration und Massendichte voneinander unterschiedlich sind und dies kann getan werden, ohne daß eine Notwendigkeit besteht, in signifikanter Weise die Menge an Verbrennungsluft, Abgas und nicht verbranntem Gas oder die Konzentration von Sauerstoff enthaltend in dem Abgas usw., zu regulieren. Zudem gilt folgendes: Die zu verbrennenden Materialien können in die Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett ohne vorheriges Zerkleinern eingegeben werden und sie können in diesem Zustand verbrannt werden.
Fig. 10 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett, bei der die Verbrennungsrate des Materials, welches in dem Ofen 1 verbrannt werden soll, durch Detektieren des Drucks innerhalb des Ofens 1 gesteuert wird. In Fig. 10 sind diejenigen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie sie in Fig. 2 verwendet wurden, welche Teile bezeichnen, die die gleichen sind oder solchen entsprechen, die bereits beschrieben wurden. Oberhalb des fluidisierten Bettes 2 ist, wie gezeigt, ein Druckdetektiersensor 14-2 vorgesehen, der zum Detektieren des innerhalb des Ofens herrschenden Drucks dient, wobei die Ausgangsgröße des Sensors zu der Steuervorrichtung 13 übertragen wird. Basierend auf der Verbrennung, die wie oben mit der Verbrennungsrate gesteuert wird gilt: dann wenn eine große Menge an Material A in den Ofen 1 eingegeben wird, wird die Verbrennungsrate (pro Zeiteinheit) groß und die Menge an erzeugtem Abgas steigt ebenfalls an. Daher wird, wie in Fig.1(C) gezeigt, der Innendruck des Ofens 1 erhöht und somit wird die Ausgangsgröße des Druckdetektiersensors 14-2 ebenfalls erhöht. Wenn der Innendruck des Ofens 1 ansteigt, so dient die Steuervorrrichtung 13 dazu, das Steuerventil 7 zu öffnen, wodurch die Luftmenge vergrößert wird, die von der Luftdüse 8 in den Raum oberhalb des fluidisierten Bettes 2 gespritzt wird. Demgemäß wird die von der Luftkammer 6 aufwärts geblasene Luftmenge reduziert und die Fluidisierungsbetriebsart des fluidisierten Mediums im fluidisiertem Bett 2 wird daher gemäßigt, um dadurch die von dem Fluidisierungsmedium zu dem zu verbrennenden Material A übertragene Wärmemenge zu vermindern, was wiederum zu einer Verminderung der Geschwindigkeit führt, bei der das Material A vergast wird und es führt ferner zu einer Verlangsamung der Verbrennungsrate. Zu dieser Zeit wird die Sauerstoffmenge im fluidisierten Bett 2 reduziert, und zwar infolge der Verringerung der Menge an nach oben geblasener Luft von der Luftkammer 6 und die Menge an nicht verbranntem Gas steigt entsprechend an. Dieses nicht verbrannte Gas wird jedoch dadurch verbrannt, daß man Luft in den Raum, wie beispielsweise einen Freiraumteil 9, oberhalb des fluidisierten Betts 2 bläst, und zwar unter Verwendung entweder der Luftdüse 8 oder des Sekundärlufteinführanschlusses oder aber auch unter Verwendung beider.
In diesem Falle kann eine Luftmenge äquivalent zu der reduzierten Pirmärluftmenge durch die Düse 8 als Primärluft C&sub2; geliefert werden.
Fig. 11 ist ein Diagramm, welches tatsächlich gemessene Ergebnisse darstellt, und zwar erreicht durch Regulierung der Menge an Primärluft C&sub1;, geliefert von der Luftkammer 6, basierend auf der Ausgangsgröße des Druckdetektorsensors 14-2, um so die Verbrennungsrate zu steuern. Fig. 11(A) veranschaulicht Fluktuationen in der Menge von Primärluft C&sub1; (Nm³/m² H); Fig. 11(B) veranschaulicht Fluktuationen des Innerofendrucks P (mmaq); und Fig. 11(C) veranschaulicht Fluktuationen der Sauerstoffkonzentration E (%) im Abgas. Auf der Abszisse ist die Zeit t aufgetragen (eine Unterteilung der Skala sind 17 sec). Wie man in der Zeichnung erkennt wird die Fluktuation der Sauerstoffkonzentration E im Abgas deutlich, moderiert durch die Regulierung der Primärluftmenge C&sub1;, geliefert von der Luftkammer 6 , basierend auf dem Innerofendruck P. Das heißt, es ist klar, daß die Verbrennungsrate gemäßigt (die Verbrennungsgeschwindigkeit wird verlangsamt) und sodann stabilisiert wird.
Fig. 12 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett, und zwar in einem Falle, wo die Verbrennungsrate des zu verbrennenden Materials im Ofen gesteuert wird, basierend auf der Detektion der Sauerstoffkonzentration im Abgas. Die Komponenten in Fig. 12, die denjenigen der Fig. 2 ähneln, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist ein Sauerstoffkonzentrationsdetektionssensor 14-3 zum Detektieren der Konzentration des Sauerstoffs im Abgas an dem Abgasauslaß angeordnet; die Ausgangsgröße des Sensors 14-3 wird zu der Steuervorrichtung 13 übertragen.
Basierend auf der Verbrennung wie oben mit der Verbrennungsrate gesteuert, wird die Sauerstoffkonzentration im Abgas wie in Fig. 1 erhöht, und zwar in einem Fall, wo eine größere Menge an Material A als üblich eingegeben wird, weil die Verbrennungsrate (pro Zeiteinheit) des Materials A erhöht wird, um die Abgasmenge zu vergrößern und um die Sauerstoffkonzentration zu reduzieren, wodurch das Ausgangsniveau des Sensors 14-3 verringert wird. Wenn die Sauerstoffkonzentration reduziert wird, so dient die Steuervorrichtung 13 zum Öffnen des Steuerventils 7 um die Luftmenge zu erhöhen, die von der Luftdüse 8 in den Raum oberhalb des fluidisierten Bettes 2 injiziert wird. Die von der Luftkammer 6 nach oben geblasene Luftmenge wird somit verringert und die Fluidisierungsbetriebsart des Fluidiserungsmediums in dem fluidisierten Bett 2 wird dadurch moderiert. Auf diese Weise wird die von dem Fluidisiermedium auf das Material A übertragene Wärmemenge vermindert und die Vergasungsrate des Materials A wird verzögert. Auf diese Weise wird die Verbrennungsgeschwindigkeit verlangsamt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Sauerstoffmenge im fluidisierten Bett 2 dadurch reduziert, daß man die von der Luftkammer nach oben geblasene Luftmenge verringert und die noch nicht verbrannte Gasmenge steigt proportional zu dieser Reduktion an. Das noch nicht verbrannte Gas wird jedoch verbrannt, wenn Luft in einen Raum wie beispielsweise im Freiraumteil 9 oberhalb des fluidisierten Bettes geblasen wird, und zwar entweder durch die Luftdüse 8 oder den Sekundärlufteinführanschluß, oder aber durch beide.
In diesem Falle kann eine Luftmenge äquivalent zu der Reduktion der Primärluftmenge C&sub1; über die Luftdüse 8 als die Primärluftmenge C&sub2; geliefert werden.
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch eine Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett darstellt, und zwar in einem Fall wo die Verbrennungsrate des zu verbrennenden Materials im Ofen durch detektieren der Innerofentemperatur gesteuert wird. In Fig. 13 besitzen diejenigen Kompomenten die gleichen Bezugszeichen wie die bereits in Fig. 2 gezeigten Komponenten oder entsprechende Komponenten. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist ein Temperaturdetektiersensor 14-4 oberhalb des fluidisierten Bettes 2 vorgesehen, um die Temperatur des Ofens 1 zu detektieren, wobei die Ausgangsgröße des Sensors 14-4 zu der Steuervorrichtung 13 übertragen wird.
Basierend auf der Steuerung der Verbrennungsrate, die in der oben beschriebenen Weise ausgeführt wird, wird dann, wenn zu verbrennendes Material A in einer größeren Menge als üblich eingegeben wird, die Verbrennungsrate (pro Zeiteinheit) des Materials erhöht und die Innerofentemperatur auf diese Weise erhöht wird, wodurch das Niveau oder der Pegel der Ausgangsgöße des Temperaturdetektionssensors 14-4 erhöht wird. Wenn die Innerofentemperatur erhöht wird, so dient die Steuervorrichtung 13 zum Öffnen des Steuerventils 7, um so die Menge an Luft zu erhöhen, die von der Luftdüse 8 in den Raum oberhalb des fluidisierten Bettes 2 eingespritzt oder eingeblasen wird. Infolgedessen wird die Menge an Luft, die von der Luftkammer 6 nach oben geblasen wird, reduziert und die Fluidisierungsbetriebsart des Fluidisierungsmediums in dem fluidisierten Bett 2 wird somit moderiert. Demgemäß wird die Menge an Wärme übertragen von dem fluidiserten Medium zu dem Material zum Zwecke der Verbrennung A reduziert und auf diese Weise wird die Vergasungsrate des Materials A somit verzögert, wodurch die Verbrennunsgeschwindigkeit verlangsamt wird. Zu dieser Zeit wird die Sauerstoffmenge in dem fluidisierten Bett 2 vermindert, und zwar durch Verringerung der Luftmenge, die von der Kammer 6 nach oben geblasen wird und die noch nicht verbrannte Gasmenge wird entsprechend vergrößert. Jedoch wenn Luft, in den Raum, wie beispielsweise den Freiraumteil 9, oberhalb des fluidisierten Bettes 2 entweder durch die Düse 8 oder den Sekundärlufteinlaßanschluß oder beide geblasen wird, das Gas, das noch nicht verbrannt wurde, demgemäß verbrannt.
In diesem Falle kann eine Luftmenge äquivalent zu der Menge an reduzierter Pimärluft C&sub1; von der Luftdüse 8 als die Menge an Primärluft C&sub2; eingespeist werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen basieren die Prozesse der Steuerung der Verbrennungsrate des Materials, welches in dem Ofen 1 verbrannt werden soll, auf der Detektion, durchgeführt durch den Helligkeitsdetektionssensor 14-1, den Druckdetektionssensor 14-2, den Sauerstoffkonzentrationdetektiersensor 14-3 und den Temperturdetektiersensor 14-4. Es ist noch ein weiteres Steuerverfahren verfügbar, wo Helligkeitsdetektiermittel verwendet werden, wie beispielsweise der Helligkeitsdetektiersensor 14-1 gemäß Fig. 14(A). Dieses Steuerverfahren ist derart vorgesehen, daß ein Ausgangswert PVo1 des Helligkeitsdetektorsensors 14-1 beispielsweise mit einem Koeffizienten k (0 bis 2,0) multipliziert wird, unter Verwendung einer arithmetischen oder Recheneinheit Yo1 mit dem Index "a" hinzuaddiert, und das Öffnungausmaß des Steuerventils 7, wird dadurch reguliert, und zwar durch ein Ausgangssignal Y&sub0;&sub1; proportional zur Helligkeit.
Im Falle der Verwendung dieses letztgenannten Verfahrens besteht kein Problem, wenn zu verbrennendes Material, wie beispielsweise städtischer Abfall, kontinuierlich in den Ofen eingegeben wird. Wenn jedoch ein sogenannter "massiver Fall" hervorgerufen wird, und zwar infolge der Tatsache, daß unterschiedliche Materialien im Müll in innewohnender Weise miteinader verheddert sind, so ergibt sich eine abrupte Verbrennung mit der Emission von Rauch, wobei die Nicht-Kompensation einer Fehlfunktion in dem Öffnungsausmaß des Steuerventils 7 gelegentlich beobachtet wurde, weil der Ofen trotz der intensiven Verbrennung innen dunkel wird und der Helligkeitsdetektorsensor 14-1 ein fehlerhaftes Signal ausgibt, welches anzeigt, daß die Verbrennung sich in einer inaktiven Betriebsart befindet.
Um diese Nachteile zu beseitigen, ist ein Steuerverfahren vorgesehen, welches eine Kombination der Helligkeitsdetektiermittel, wie beispielsweise des Helligkeitsdetektiersensors 14-1 und der Innerofendruck -Detektiermittel, wie beispielsweise des Druckdetektiersensors 14-2 gemäß Fig. 14(B) verwendet, wobei dieses Steuerverfahren auf der Tatsache basiert, daß der Innerofendruck eine Anstiegstendenz dann zeigt, wenn die Verbrennung aktiviert wird.
Wenn der Ausgangssignalwert PVo2 des Druckdetektiersensors 14-2, der dem Innerofendruck entspricht, einen vorbestimmten Wert übersteigt, so dient die Recheneinheit Yo2 mit dem Index "b" dazu, einen Ausgangssignalwert Yo2 abzugeben, um das Ausmaß der Öffnung des Steuerventils 7 zu erhöhen, welches derzeit auf dem Minimum gehalten wird, und zwar auf ein gegebenes Maß. Da der Innerofendruck normalerweise gesteuert wird, wird er unmittelbar auf einen Wert unter dem vorbestimmten Wert reduziert. Wenn der Ausgangssignalwert PVo2 des Druckdetektiersensors 14-2 reduziert wird und auf einem Niveau oder Pegel unterhalb des voreingestellten Wertes für eine vorbestimmte Zeitperiode gehalten wird, so wird Ausgangssignalwert Yo2, der ein Miniummaß der Öffnung bezüglich des Steuerventils 7 repräsentiert, erzeugt. Eine Recheneinheit Yo2 mit einem Index "c" vergleicht die Ausgangssignalwerte Yo1 und Yo2 miteinander; der größere der beiden wird als ein Ausgangssignalwert yo3 ausgegeben, wobei das Öffnungsausmaß des Steuerventils 7 somit entsprechend diesem Ausgangssignalwert yo3 reguliert wird.
Wenn das Verfahren oder der Prozeß, wie oben beschrieben, ausgeführt wird, so erreicht man ein erwünschtes Verbrennungssteuerverfahren, wobei das Steuerventil 7 in einem gewissen Ausmaß geöffnet wird, um selbst dann gut zu arbeiten, wenn der Ofen infolge der Erzeugung von Rauch innen dunkel wird. Es sei bemerkt, daß die Recheneinheit mit dem Index "a" mit einem Einstellinstrument verwendet werden kann, um die Innerofenhelligkeit konstant zu halten. Das Steuerventil 7 kann nicht nur zum Regulieren des Öffnungsausmaßes verwendet werden, sondern auch zm Regulieren der Umgehungsströmungsrate mit dem Vorsehen einer Strömungsratenreguliervorrichtung.
In ähnlicher Weise gilt folgendes: Wenn ein Steuersystem, welches in der Lage ist, in adequater Weise und schnell abrupt den Fluktuationen in der Verbrennnungsrate zu folgen, zusammengebaut wird durch Kombination, in welcher diese variablen Faktoren, wie Helligkeit, Innerofendruck, der Sauerstoffkonzentration im Abgas und Innerofentemperatur, die sich alle mit Fluktuationen der Verbrennungsrate ändern, so kann igendeine Kombination von Faktoren ausgewählt werden, ohne auf die oben erläuterten beschränkt zu sein. Zusammenfassend kann man sagen, daß die Ausgangsgrößen der Sensoren zum Detektieren der Helligkeit, des Innerofendrucks, der Sauerstoffkonzentration im Abgas und der Innerofentemperatur konstant überwacht werden müssen; die Steuerung sollte allein unter Bezugnahme auf die Ausgangsgrößen der Sensoren bewirkt werden, die ordnungsgemäß zu irgendeiner Zeit funktionieren, wobei zu dieser Zeit die Ausgangsgröße der Sensoren nicht berücksichtigt werden, die nicht in ordnungsgemäßer Weise auf die Ofenbedingungen ansprechen, so daß eine optimale Steuerung erhalten werden kann.
Es sei numehr auf die Fig. 15 Bezug genommen, die ein schematisches Blockdiagram einer weiteren Verbrennungsvorrichung mit fluidisiertem Bett zeigt, wobei das Verbrennungssteuerverfahren gemäß der Erfindung in einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett praktiziert wird. In Fig. 15 ist ein Ofen im ganzem mit 21 bezeichnet, wobei innerhalb desselben ein fluidisiertes Bett 22 gebildet ist. Unterhalb des fluidisierten Betts 22 ist eine Vielzahl von Luftkammern 28 und 26 angeordnet, durch die Fluidisierungsluft eingespeist wird, und zwar von einem (nicht gezeigten) Fluidisierungsgebläse über ein Rohr 25 in den Ofen 21 hinein, um so daß Fluidisierungsmedium zu fluidisieren. Das Bezugszeichen 31 bezeichnet einen Trichter oder eine Eingabevorrichtung zur Eingabe von Material, welches verbrannt werden soll, wie beispielsweise von städtischem Abfall. Eine Eingabevorrichtung 32 ist unterhalb des Trichters 31 vorgesehen, um dieses Material in den Ofen 21 einzugeben. Eine Meßeinheit 23 ist am Endteil der Eingabevorrichtung 32 vorgesehen, um die Materialmenge A zu detektieren, die in den Ofen 21 vom Trichter 31 eingegeben wird. Das Bezugszeichen 39 bezeichnet eine Einheit zur Regulierung der Luftmenge. Luftdüsen 38 sind an einer Wand des Ofens 21 vorgesehen, und zwar zum Eingeben oder Einblasen von Luft in einen Raum oberhalb des fluidisierten Bettes 22. Ein Abschaltventil 35 ist über ein Rohr 34 mit der Luftdüse 38 verbunden. Ein weiteres Abschaltventil 36 ist über ein Rohr 27 mit der Mitte der Luftkammer 28 verbunden. In der Zeichnung bezieht sich das Bezugszeichen 37 auf ein Minimalströmungsventil zum Einspeisen der Minimalluftmenge.
In der Zeichnung bezieht sich ferner das Bezugszeichen 29 auf einen Freiraumteil (free board portion), 30 bezeichnet eine Abgaskühleinheit und 23 und 24 bezeichnen Ablaßanschlüsse für nicht verbrennbare Reste.
In der wie oben beschrieben aufgebauten Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett wird das zu verbrennende Material A von der Eingabevorrichtung 32 in den Ofen 21 eingegeben, und zwar wird das Material normalerweise auf einen speziellen Teil des fluidisierten Bettes 22 auffallen gelassen, d. h. auf den Mittelteil davon. In diesem Fall, obwohl dies nicht dargestellt ist, kann das Material A unter Verwendung einer Verteilvorrichtung verteilt werden. Wenn die Meßeinheit 33 feststellt, daß eine Menge oder Masse von Material A in den Ofen 21 eingegeben wird, die größer als normal ist, oder aber daß das Material A im wesentlichen verbrennbar ist, so dient eine Luftreguliereinheit 39 dazu, um unmittelbar das Ventil 36 zu schließen, und um gleichzeitig das Ventil 35 zu öffnen. Demgemäß wird die zur Mittelluftkammer 28 eingespeiste Luftmenge äquivalent zu der minimal eingespeisten Menge durch das Minimalströmungsventil 37, wobei dies die Minimalmenge ist, die erforderlich ist, um zu verhindern, daß das Fluidisierungsmedium partiell in den unteren Teil des Ofens leckt, was zu einer Moderierung des Fluidisierungsmodus oder der Fluidisierungsbetriebsart des Fluidisierungsmediums in diesem Teil des fluidisierten Bettes 22 führen würde.
Gleichzeitig wird Luft durch die Luftdüse 38 in den Raum oberhalb des fluidisierten Bettes 22 eingegeben oder eingeblasen. Das zur Verbrennung vorgesehene Material A gemessen durch die Meßeinheit 33 wird auf den Mittelteil des fluidisierten Bettes 22 fallengelassen, wodurch die Fluidisierungsbetriebsart des Fluidisierungsmediums moderiert wird. Wegen der moderierten Fluidisierung an dem Teil, wo das Material A fallengelassen wird, wird auch die Vergasungsgeschwindigkeit und Verbrennung des Materials A verzögert und die Menge an Abgas wird daher nicht abrupt erhöht. Mit der Abnahme der Luftmenge, die in das fludisierte Bett 22 eingespeist wird, wird die Sauerstoffkonzentration O&sub2; des fluidisierten Bettes 22 leicht reduziert und die nicht verbrannt verbleibende Gasmenge wird entsprechend erhöht. Da Luft in den Raum, wie beispielsweise den Freiraumteil 28, oberhalb des fluidisierten Bettes 22 entweder durch die Luftdüse 38 oder den Sekunfärlufteinführanschluß oder durch beide eingeblasen wird, wird die vergrößerte Menge an nicht verbrannt verbleibendem Gas verbrannt.
In diesem Fall kann eine Luftmenge äquivalent zu der reduzierten Primärluftmenge C&sub1; von der Luftdüse 8 als die Primärluftmenge C&sub2; geliefert werden.
Fig. 16 ist ein Diagramm, welches die Fluktuationen der Mengen an Abgas B, Primärluft C, Sekundärluft D und Sauerstoffkonzentration E im Abgas darstellt, wobei jeweils die Darstellung abhängig von der Zeit bei Änderungen der Menge an Material A erfolgt, und zwar eingegeben auf der Basis des Bewirkens des konventionellen Verbrennungssteuerverfahrens in einer Fluidisierbettverbrennungsvorrichtung des Aufbaus gemäß Fig. 15. Fig. 17 ist ein Diagramm, welches die Fluktuationen der Mengen von Abgas B, Primärluft (C&sub1; und C&sub2;), Sekundärluft D und Sauerstoffkonzentration E im Abgas darstellt, und zwar wobei Fluktuationen relativ zu Variationen über die Zeit hinweg sind von der Menge an Material A, welches eingegeben wird, basierend auf dem Verbrennungssteuerverfahren gemäß der Erfindung.
Wenn zum Zeitpunkt t&sub1; zur Verbrennung das Material A eingegeben wird, so wird basierend auf dem konventionellen Verbrennungssteuerverfahren die Verbrennung gleichzeitig initiiert und die Sauerstoffkonzentration E im Abgas nimmt abrupt ab. Ansprechend auf den Abfall der Sauerstoffkonzentration E im Abgas wird die Versorgung mit Sekundärluft D erhöht und die Menge an Abgas B wird ebenfalls erhöht. Wenn die Verbrennung sich fortsetzt, so wird die Menge an Materialien, die noch nicht innerhalb des Ofens 21 verbrannt sind, allmählich verringert und somit wird die Sauerstoffkonzentration E im Abgas erhöht. Infolgedessen wird die Versorgung der Sekundärluftmenge D reduziert, wodurch eine Abnahme der Menge an Abgas B hervorgerufen wird. Wenn das zur Verbrennung vorgesehene Material A zu einem Zeitpunkt t&sub2; eingegeben wird, so wird die oben beschriebene Arbeitsweise wiederholt. Insbesondere werden deutliche Fluktuationen bei den Mengen an Sekundärluft D, Abgas B und Sauerstoffkonzentration E im Abgas nach der Eingabe des Materials A bewirkt, und zwar abhängig von der Art des eingegebenen Materials, und wenn die Sauerstoffkonzentration E im Abgas niedrig wird, so wird nicht verbranntes Gas abgegeben.
Im Gegensatz dazu steht der Fall, wo das Verbrennungsverfahren gesmäß der Erfindung verwendet wird: Jedesmal wenn Material A zum Zeitpunkt t&sub1;, t&sub2; ... eingegeben wird, so wird gleichzeitig das Abschaltventil 36 geschlossen und das Abschaltventil 35 wird gleichzeitig geöffnet, so daß die Primärluft nach oben und unten bezüglich des fluidisierten Bettes 22 unterteilt wird, und zwar mit entsprechend vorbestimmten Mengen (Menge an Primärluft C&sub2; eingespeist durch die Luftdüse 38 und Menge an Primärluft C&sub1;, eingespeist durch die Luftkammer 28), wobei die Menge an Sekundärluft D rückkopplungsgesteuert ist entsprechend der Sauerstoffkonzentration E im Abgas. Wenn das Material A zur Zeit t&sub1; eingegeben wird, so wird die Primärluftmenge C&sub1; geliefert vom unteren Teil des fluidisierten Bettes 22 vermindert, wo das Material A herabfällt, um die Fluidisierungsbetriebsart des Fluidisierungsmediums zu moderieren und um die Menge an übertragener Wärme vom Fluidisierungsmedium zu dem Verbrennmaterial A zu vermindern, wodurch die Vergasung des Materials A unterdrückt wird, d. h. dessen Verbrennung. Da die Verbrennunggeschwindigkeit verlangsamt wird, gibt es keinen abrupten Abfall der Sauerstoffkonzentration E im Abgas. Obwohl ein gewisser Abfall vorhanden sein kann, wird nahezu keine Fluktuation in der Sauerstoffkonzentration E im Abgas beobachtet, da die Sauerstoffkonzentration E im Abgas gesteuert wird durch Regulierung der Menge an Sekundäluft D. Nachdem eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, wird die Eingabe der Primärluftmenge C&sub2; durch die Luftdüse 38 gestoppt, aber die gleiche Menge C&sub2; wird von der Unterseite des fluidisierten Bettes 22 eingespeist, wobei zu dieser Zeit die Fluidisierungsbetriebsart aktiv am Mittelteil des fluidisierten Bettes 22 wird. Somit wird der Betrieb des Bettes auf den Normalzustand zurückgestellt. Die flüchtigen Komponenten im Ofenbett sind zu diesem Zeitpunkt bereits verbrannt, so daß die Verbrennung moderat ist und es gibt keine substantielle Fluktuation der Sauerstoffkonzentration und der Abgasmenge D, was einen stabilisierten Zustand im Ofen vorsieht.
In der Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett gemäß der Ausgestaltung in Fig. 15 kann ein Steuerventil mit beispielsweise einem Rohr 25 verbunden werden, so daß dann, wenn eine größere Menge an Material A als eine vorbestimmte Menge in den Ofen 21 eingegeben wird, das Abschaltventil 36 geschlossen wird und das Öffnungsausmaß der Steuerventils simultan klein gemacht wird, um die Primärluftmenge C&sub1; zu reduzieren, die durch die Luftkammer 26 eingespeist wird, wodurch die Menge an Luft injiziert von der Luftdüse 38 in den Raum oberhalb des fluidisierten Bettes 22 vergrößert wird. Ein Verbrennungssteuerverfahren ähnlich dem Verbrennungssteuerverfahren gemäß der Erfindung kann angewandt werden in Kombination mit der Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett gemäß Fig. 1. Ferner kann in disem Fall die Luftmenge äquivalent zu der reduzierten Menge an Primärluft C&sub1; von der Luftdüse 8 als Menge an Primärluft C&sub2; geliefert werden. Der allgemeine Aufbau der Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett, in dem das vorstehende Steuerverfahren praktiziert wird, ist nicht auf das gemäß Fig.15 beschränkt.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele erfolgte die Beschreibung des Verbrennungssteuerverfahrens unter Bezugnahme auf eine Verbrennungsvorrichtung mit einem fluidisiertem Bett. Wenn gewünscht, kann eine solche Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett ersetzt werden durch einen Boiler oder Kessel mit fluidisiertein Bett geeignet zur Wärmewiedergewinnung. Es ist offensichtlich, daß das Konzept der Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett gemäß der Erfindung auch Kessel oder Boiler mit fluidisertem Bett umfaßt.
Wie oben erläutert, ist das Verbrennungssteuerverfahren gemäß der Erfindung für Verbrennungsvorrichtungen mit fluidisiertem Bett in der Lage, die Mengen an Verbrennungsluft, Abgas und Sauerstoffkonzentration im Abgas im wesentlichen konstant zu halten, selbst wenn das zur Verbrennung vorgesehene Material, wie beispielsweise Kohle, städtischer Abfall, industrieller Abfall und Mischungen davon unterschiedlich sind, d. h. die Kalorienwerte, die Verbrennungseigenschaften, Konfiguration, das Massenvoluinen unterschiedlich sind beim Einbringen in die Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett. Bei der Ausrüstung, die eine Verbrennungsvorrichtung mit fluidisertem Bett zur Verbrennung von städtischem Abfall oder dergleichen verwendet, ist es daher möglich, die peripheren Einheiten der Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett kompakt auszubilden, was beispielsweise für die Luftgebläseeinheiten für die Primärluft und die Sekundärluft und die Abgasverarbeitungseinheiten gilt, und die Konstruktion und der Afbau kann somit mit reduzierten Kosten erfolgen. Auch die Abgabe von nicht verbranntem Gas in die Atmosphäre kann in einem größtmöglichen Ausmaß unterdrückt werden. Dies ist günstig hinsichtlich der Verhinderung von Luftverunreinigung.

Industrielle Anwendbarkeit

Wie oben diskutiert, ist das erfindungsgemäße Verbrennungssteuerverfahren zur Verwendung in einer Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett geeignet Fluktuationen zu minimieren bei den Mengen an Abgas und Sauerstoffkonzentration im Abgas, wobei die Abgabe von nicht verbranntem Gas verhindert wird, selbst wenn die Verbrennungsrate des zu verbrennenden Materials eingegeben in die Verbrennungsvorrichtung mit fluidisiertem Bett verändert wird. Dieses Verbrennungssteuerverfahren ist somit effektiv bei Verbrennungsausrüstungen, die eine Verbrennungsvorrichtung mit einem fluidisiertem Bett verwenden. Insbesondere gilt dies im Falle der Verbrennung von Materialien, wie beispielsweise Kohle, städtischem Abfall, industriellen Abfall und Mischungen daraus, d. h. Materialien, deren Kalorienwerte sowie Eigeschaften wie Brennbarkeit, Konfiguration und Massenvolumen voneinander unterschiedlich sind, wobei dieses Verbrennungsverfahren ferner in der Lage ist, eine hochstabilisierte Verbrennungsteuerung vorzusehen, und zwar geeignet auch zur Verwendung bei der Verbrennung von städtischem Abfall in einer Ausrüstung, die eine Verbrennungsvorrichtung oder dergleichen mit fluidisiertem Bett verwendet.

Claims

1. Ein Verbrennungssteuerverfahren zur Anwendung bei einer Verbrennungsvorrichtung mit einem fluidisierten Bett zur Verbrennung von zu verbrennendem Material, welches in die Verbrennungsvorrichtung eingegeben wird, wobei die Fluidisierung eines Fluidisierungsmediums unter Zuhilfenahme von Primärluft bewirkt wird, die von dem unteren Teil des fluidisierten Bettes eingespeist wird, und wobei folgende Schritte vorgesehen sind:

Detektieren der Verbrennungsrate des zu verbrennenden Materials,

wobei die Verbrennungsrate gegeben ist als das Produkt aus dem Kalorienwert (in Kilokalorien/Kilogramm) und dem Volumen pro Zeit (in Kilogramm/Zeit) des zu verbrennenden Materials; Reduzieren der Menge an primärer Luft dann, wenn die Verbrennungsrate einen vorbestimmten Pegel übersteigt und Wiedervorsehen der Menge an Primärluft auf deren ursprünglichen Wert dann, wenn die Verbrennungsrate unter den vorbestimmten Pegel abnimmt, um so die Verbrennungsrate zu steuern und auf einem konstanten Pegel zu halten.

2. Verbrennungssteuerverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Liefern von Luft in einen Raum oberhalb des fluidisierten Bettes gleichzeitig mit der Verminderung der Primärluftmenge.

3. Verbrennungssteuerverfahren nach Anspruch 2, wobei die in den Raum oberhalb des fluidisierten Bettes eingeblasene erhöhte Luftmenge gleich ist der verminderten Luftmenge, die von dem unteren Teil des fluidisierten Bettes eingespeist wird.

4. Verbrennungssteuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verbrennungsvorrichtung mit der Primärluftmenge von 250 bis 700 Nm³/m²h betrieben wird.

5. Verbrennungssteuervorrichtung für eine Verbrennungsvorrichtung (1) mit einem fluidisierten Bett (2) zum Verbrennen von zu verbrennendem Material welches in die Verbrennungsvorrichtung eingegeben wird, wobei die Fluidisierung eines Fluidisierungsmediums mit Hilfe von der Primärluft erreicht wird, die von einer Luftkammer (6) am unteren Teil des fluidisierten Bettes eingespeist wird und wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

Detektionsmittel (14-1; 14-3) zum Detektieren der Verbrennungsrate des zu verbrennenden Materials in der Verbrennungsvorrichtung (1), wobei die Verbrennungsrate gegeben ist durch das Produkt des Kalorienwertes (in Kilokalorien/Kilogramm) und dem Volumen pro Zeit (in Kilogramm/Zeit) des brennenden Materials

gekennzeichnet durch

Mittel (7) zur Reduzierung der von der Luftkammer (6) eingespeisten Luftmenge dann, wenn die Verbrennungsrate einen vorbestimmten Pegel übersteigt, und

zur Wiederherstellung der von der Luftkammer (6) eingespeisten Luftmenge auf deren ursprünglichen Wert dann, wenn die Verbrennungsrate unter den vorbestimmten Pegel abnimmt, um so die Verbrennungsrate zu steuern und auf dem vorbestimmten Pegel zu halten.

6. Verbrennungssteuervorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel (8, 18) zur Lieferung von Luft in den Raum oberhalb des fluidisierten Bettes und gleichzeitige Reduzierung der Primärluftmenge.

7. Verbrennungssteuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei Mittel vorgesehen sind, derart, daß die erhöhte Luftmenge gleich der verminderten Primärluftmenge ist die von der Luftkammer (6) eingespeist wird.

8. Verbrennungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Detektiermittel einen Helligkeitsdetektiersensor (14-1) aufweisen zum Detektieren der im Ofen herrschenden Helligkeit.

9. Verbrennungssteuervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Helligkeitdetektiersensor (14-1) oberhalb einer Position angeordnet ist, wo die Sekundärluft in die Verbrennungsvorrichtung eingeblasen wird, derart, daß der gesamte Querschnitt des Ofens beobachtet werden kann.

10. Verbrennungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Detektiermittel (33) die Menge oder das Volumen des zu verbrennenden Materials, welches in den Ofen eingegeben wird, detektieren.

11. Verbrennungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Detektiermittel Temperaturdetektiermittel (14-4) aufweisen zum Detektieren einer innerhalb des Ofens herrschenden Temperatur.

12. Verbrennungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Detektiermittel Sauerstoffkonzentrationsdetektiermittel (14-3) aufweisen zum Detektieren der Konzentration des in dem Abgas enthaltenen Sauerstoffes.

13. Verbrennungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Detektiermittel Druckdetektiermittel (14-2) aufweisen zum Detektieren eines im Ofen herrschenden Drucks.

14. Verbrennungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Detektiermittel die Eigenschaften des zu verbrennenden Materials detektieren.

15. Verbrennungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Detektiermittel Helligkeitsdetektiermittel aufweisen zum Detektieren der im Ofen herrschenden Helligkeit und Druckdetektiermittel zum Detektieren eines im Ofen herrschenden Drucks.

16. Verbrennungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, wobei die Verbrennungsvorrichtung derart konstruiert ist, daß sie eine Vielzahl von Luftkammern (26, 28) aufweist und zwar vorgesehen am unteren Teil des fluidisierten Bettes, wobei durch die Kammern Luft in die Verbrennungsvorrichtung eingespeist wird.

17. Verbrennungssteuervorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Mittel (36) zum Regulieren der durch die Luftkammer eingespeisten Luftmenge die an dem Teil angeordnet ist, wo das zu verbrennende Material fallen gelassen wird um so die Verbrennungsrate des Materials das verbrannt werden soll auf ein vorbestimmtes Niveau zu steuern.

18. Verbrennungssteuervorrichtung nach Anspruch 17, wobei Mittel (35) vorgesehen sind um zu gestatten, daß eine Luftmenge äquivalent zu der reduzierten von der Luftkammer eingespeisten Luftmenge an dem Teil vorgesehen sind, wo das zu verbrennende Material fallen gelassen wird, wobei diese äquivalente Luftmenge in einem Raum oberhalb des fluidisierten Bettes eingeblasen wird.

19. Verbrennungssteuervorrichtung nach Anspruch 17, wobei Mittel (36) die Luftmenge reduzieren, die von der Luftkammer eingespeist wird an dem Teil wo das zu verbrennende Material fallen gelassen wird, während eine Luftmenge äquivalent zu der reduzierten Luftmenge von den anderen Luftkammern eingespeist wird.

20. Verbrennungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 19, wobei die Bestandteile des zu verbrennenden Materials unterschiedlich voneinander sind hinsichtlich ihres Kalorienwertes und der Eigenschaften wie beispielsweise Brennbarkeit, Konfiguration und Volumen.

21. Verbrennungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 20, wobei das zu verbrennende Material Kohle, Industriabfälle und Stadtabfälle oder Mischungen daraus umfaßt.

22. Verbrennungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 21, wobei die Verbrennungsvorrichtung einen Kessel aufweist.