EP4214444B1 - Verfahren und anlage zum thermischen verwerten von festem brennstoff in einem reaktionsraum - Google Patents

Verfahren und anlage zum thermischen verwerten von festem brennstoff in einem reaktionsraum Download PDF

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EP4214444B1
EP4214444B1 EP21782505.8A EP21782505A EP4214444B1 EP 4214444 B1 EP4214444 B1 EP 4214444B1 EP 21782505 A EP21782505 A EP 21782505A EP 4214444 B1 EP4214444 B1 EP 4214444B1
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EP
European Patent Office
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fuel
gas stream
water content
bed
reaction chamber
Prior art date
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EP21782505.8A
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EP4214444C0 (de
EP4214444A1 (de
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Andreas Hornung
Martin Meiller
Robert Daschner
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23K1/00—Preparation of lump or pulverulent fuel in readiness for delivery to combustion apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/04—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment drying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23G2201/10—Drying by heat
    • F23G2201/101—Drying by heat using indirect heat transfer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23G2206/10—Waste heat recuperation reintroducing the heat in the same process, e.g. for predrying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
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    • F23K2201/20—Drying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/26—Measuring humidity

Definitions

  • the invention relates to a method and a plant for the thermal utilization of solid fuel in a reaction chamber according to the preamble of patent claim 1 and according to the preamble of patent claim 11. The same are described in the EP 2 770 255 A2 shown.
  • Thermal utilization here refers to a heat-generating process such as combustion, gasification, or pyrolysis.
  • the "solid fuel” referred to here includes thermally usable biomass such as wood chips, wood shavings, pellets, as well as biogenic residues such as corn cobs or olive pits, as well as thermally usable waste.
  • the concept described is based on the realization that waste incineration can only be carried out most effectively if the composition or nature of the waste to be incinerated is determined before incineration and its combustion is coordinated with this determined information, so that a predictive control of the waste incineration is possible.
  • the water content of the waste to be incinerated is determined before incineration in the allocation shaft using microwave signals.
  • the water content of the waste causes signal attenuation and/or phase changes in these microwave signals. These signals are evaluated to determine the water content in the waste.
  • the information signals obtained are forwarded to a process control unit, which is intended to control the supply of air for the waste combustion taking place on the grate.
  • the measurement technology based on microwave signals requires a high installation effort and is also relatively expensive. In addition, the measurement is only available at discrete points.
  • a method for burning solid fuel, in particular lignin and agricultural biomass is known in which the water content of the fuel is recorded and, taking into account the energy content for a selected power, the supply of fuel is increased at higher water content and decreased at low Water content is reduced. Furthermore, the proportion of primary air and/or secondary air in the combustion air is selected depending on the measured water content of the fuel. The ratio in the combustion air between primary air and secondary air on the one hand and recirculation gas on the other hand is also selected depending on the water content of the fuel. Furthermore, the water content of the fuel is measured continuously or discontinuously during its storage or during its supply through a fuel feed duct. However, it is not specified how the water content of the fuel is measured.
  • the object of the invention is to carry out or specify measures in the method and the plant for the thermal utilization of solid fuel in a reaction chamber, in which the water content of the fuel is determined before it is introduced into the reaction chamber and the process of thermal utilization of the fuel is controlled as a function of the water content of the fuel, which allow a simple and cost-effective determination of the water content of the fuel and possibly other parameters useful for controlling the process of thermal utilization.
  • JP 2003 028407 A and JP S52 113065 A show further processes for the thermal utilization of solid fuel in a reaction chamber.
  • the object of the invention is achieved by a method according to claim 1.
  • the invention allows for the provision of information about the fuel before it is transported into the reactor chamber.
  • changes in fuel quality can be identified, and fuel properties relevant for efficient and targeted combustion can be derived from the data.
  • fuel properties relevant for efficient and targeted combustion can be derived from the data. These include, in particular, information on water content, bulk density, fines content, ash content, and calorific value. This information can be made available to the plant operator or the plant control system.
  • the change in the gas parameters after the filling process can be recorded over time.
  • Parameters or functions f ⁇ p (t), f w (t), f ' w (t) , f T (t), f ⁇ T (t)
  • Changes in parameters or curves indicate a change in fuel quality or a different fuel. This allows changes in fuel quality to be recorded. Based on this, warnings can be issued to the user and/or direct control interventions can be carried out.
  • the fuel bed can capture a partial flow of the total fuel mass flow or the total fuel mass flow.
  • the flow through the fuel bed can be from top to bottom or from bottom to top.
  • the fuel bed and gas flow can preferably have a ⁇ T of at least 15 K.
  • the exhaust air from the fuel bed can be integrated into the thermal recycling process, e.g., as primary air or secondary air.
  • the inventive measures can be retrofitted to existing systems or taken into account from the outset in new systems.
  • Coupling with other measuring devices is possible (process data of the system, fuel scale, acquisition of image data of the fuel, etc.).
  • Upstream drying of the gas stream can be achieved, for example, by passing it through a silica gel bed to eliminate fluctuations caused by ambient air. This allows differences in the exhaust air to be revealed even more clearly and further improves the process.
  • a plant for the thermal utilization of solid fuel comprises a container 1 for receiving a fuel bed.
  • the container 1 is connected upstream of a reaction chamber (not shown), into which the fuel can be introduced after leaving the container 1, where it is thermally utilized by combustion.
  • a hot air blower 2 is connected upstream of the container 1, which accelerates and heats a gas stream that has previously flowed through a drying device in the form of a silica gel bed 3. The gas stream leaving the hot air blower 2 flows through the fuel bed in the container 1.
  • various physical parameters relevant to thermal utilization are measured, such as the pressure and temperature of the gas stream before entering and after exiting the fuel bed and, according to the invention, the moisture content of the gas stream before entering and after exiting the fuel bed.
  • These measured values are fed to an evaluation unit 4, which draws conclusions about the water content and other parameters relevant to thermal utilization, such as the density of the bed and the fine fraction of the bed.
  • the data determined by the evaluation unit 4 are fed to a control unit 5, which controls the thermal utilization process taking these data into account.
  • the evaluation unit 4 can access a database 6 in which certain data relevant to the thermal utilization process is stored.
  • further fuel parameters can be recorded. These additional parameters can be used to determine the fuel properties determined from the change in the gas flow as it passes through the fuel bed. to further refine and/or verify plausibility. Additional measuring devices may be available for this purpose. These can be selected from process data from the plant and/or a fuel scale for recording the fuel mass and/or a device for recording the bulk density and/or a device for recording image data of the fuel. The water content can also be determined from the change in fuel mass, resulting in redundant and therefore more reliable recording.
  • this approach defines the fuel as a mixture of water, ash, and combustible material. Based on the mass and other measured values (according to the invention, the water content in the supply and exhaust air), a mass and energy balance of the drying process is established. First, the amount of water expelled is calculated and then analytically recalculated to determine the water content. The heating of the bulk material is evaluated and recorded using the measured temperatures.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum thermischen Verwerten von festem Brennstoff in einem Reaktionsraum gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 11. Ebensolche sind in der EP 2 770 255 A2 gezeigt.
  • Unter "thermischer Verwertung" wird hier ein wärmeerzeugender Vorgang wie Feuerung, Vergasung oder Pyrolyse verstanden. Der hier erwähnte "feste Brennstoff" umfasst thermisch verwertbare Biomasse wie z. B. Holzhackschnitzel, Holzspäne, Pellets, sowie biogene Reststoffe wie z. B. Maisspindeln oder Olivenkerne, aber auch thermisch verwertbarer Müll.
  • Für Anlagen zur thermischen Verwertung von Biomasse und biogenen Reststoffen stellt die große Heterogenität und Schwankungsbreite der Charakteristika des Brennstoffes eine erhebliche verfahrenstechnische Herausforderung dar. Wichtige Parameter sind in diesem Zusammenhang unter anderem der Wassergehalt und die Schüttdichte des Brennstoffes, sowie die Partikelgrößenverteilung und der Feinanteil im Brennstoff. Gründe für ein Variieren dieser Parameter sind z. B.:
    • die Unterschiedlichkeit der Brennstoffe (Holzhackschnitzel, Späne, Pellets, biogene Reststoffe wie z. B. Maisspindel, Olivenkerne etc.);
    • Unterschiede in der Brennstoffaufbereitung, denn selbst Brennstoffe mit gleicher Einordnung variieren oft drastisch in der Qualität; z.B. besteht ein signifikanter Unterschied bei Heizwert und Wassergehalt für naturbelassenes Holz als Frischholz oder getrocknet aus der Nutzung von Abwärme einer Biogasanlage;
    • Schwankungen in der Qualität des Brennstoffes bedingt durch Jahreszeit, Lagerbedingungen und Standort.
  • Variieren die genannten Parameter des Brennstoffes ohne die vorherige Kenntnis darüber bei Erreichen des Brennraums einer Feuerung, so treten Temperaturschwankungen im Brennraum auf, mit der Folge von Emissionsspitzen, Sinterung mineralischer Inhaltsstoffe und Schäden an der Anlagentechnik.
  • Um dies zu verhindern und der Heterogenität des Brennstoffes gerecht zu werden, werden in der Praxis verschiedene Maßnahmen angewendet. So werden zum Beispiel strenge Vorgaben an die Qualität des Brennstoffes gemacht, was letztlich ein umfassendes Management und Monitoring der Brennstoffqualität mit dem entsprechenden hohen Personal- und Kostenaufwand erfordert, oder zu einem höheren Aufwand im Bereich von Wartung und Betreuung der Anlage führt. Andere Maßnahmen sind organisatorischer Natur und bestehen darin, die Bandbreite des Brennstoffes zu begrenzen und Qualitätssicherung zu betreiben, wobei der dafür notwendige Aufwand erheblich sein kann, denn sie erfordert z.B. Brennstoffzertifizierung, Eingangs- und Qualitätskontrolle sowie die Definition zulässiger Parameter durch den Hersteller der Anlage. Diese organisatorischen Maßnahmen schränken die Flexibilität der Anlagen ein. Außerdem ist der Überwachungsaufwand zur Einhaltung klar definierter Brennstoffbänder erheblich und mit hohen Kosten verbunden.
  • Zur Vermeidung der mit den zuvor beschriebenen Maßnahmen verbundenen Nachteile können auch andere Konzepte angewendet werden. Eines dieser Konzepte besteht darin, durch Erfassung der Rauchgasfeuchte Rückschlüsse auf die Brennstofffeuchte zu ziehen und mit dieser Kenntnis die Feuerungsanlage zu steuern. Detaillierter beschrieben wird dieses Konzept beispielsweise in der DE 19917572 A1 . Eine auf dem Wassergehalt im Rauchgas basierende Regelung einer Festbrennstoffbefeuerungseinrichtung ist in der DE 102007055168 A1 beschrieben. Ferner ist die Regelung einer Feuerungsanlage durch Rückschluss auf die Brennstoffqualität aus dem Rauchgas in der DE 19547258 A1 beschrieben.
  • Ein anderes, in der DE 4446022 A1 beschriebenes Konzept beruht auf der Erkenntnis, dass die Verbrennung von Abfällen nur dann am besten durchgeführt werden kann, wenn die Zusammensetzung bzw. die Beschaffenheit von zu verbrennenden Abfällen vor der Verbrennung ermittelt und ihre Verbrennung auf diese ermittelten Informationen abgestimmt wird, so dass eine vorausschauende Fahrweise der Verbrennung von Abfällen möglich ist. Hierfür wird der Wassergehalt der zur Verbrennung anstehenden Abfälle vor der Verbrennung bereits im Zuteilungsschacht mit Hilfe von Mikrowellensignalen ermittelt. Durch den Wassergehalt der Abfälle werden Signalschwächungen und/oder Phasenveränderungen bei diesen Mikrowellensignalen verursacht. Diese werden zur Ermittlung des Wassergehaltes in den Abfällen ausgewertet. Die dabei gewonnenen Informationssignale werden an eine Prozesssteuerungseinheit weitergeleitet, die zur Steuerung der Zufuhr von Luft für die auf dem Rost stattfindende Verbrennung der Abfälle vorgesehen ist. Die auf Mikrowellensignale basierende Messtechnik erfordert einen hohen Installationsaufwand und ist auch relativ teuer. Zudem ist die Messung nur an diskreten Punkten verfügbar.
  • Aus der AT 15458 U1 ist ein Verfahren zum Verbrennen von festem Brennstoff, insbesondere lignine und landwirtschaftliche Biomasse, bekannt, bei dem der Wassergehalt des Brennstoffes erfasst wird und unter Berücksichtigung des Energiegehaltes für eine gewählte Leistung die Zufuhr von Brennstoff bei höherem Wassergehalt erhöht und bei niedrigem Wassergehalt verkleinert wird. Außerdem wird der Anteil an Primärluft und/oder Sekundärluft in der Verbrennungsluft abhängig vom erfassten Wassergehalt des Brennstoffes gewählt. Auch das Verhältnis in der Verbrennungsluft zwischen Primärluft und Sekundärluft einerseits und Rezirkulationsgas andererseits wird in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Brennstoffes gewählt. Ferner wird der Wassergehalt des Brennstoffes kontinuierlich oder diskontinuierlich während dessen Lagerung oder dessen Zufuhr durch einen Brennstoffförderkanal erfasst. Allerdings ist nicht angegeben, wie der Wassergehalt des Brennstoffes erfasst wird.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe der Erfindung, bei dem Verfahren und der Anlage zum thermischen Verwerten von festem Brennstoff in einem Reaktionsraum, bei dem bzw. bei der der Wassergehalt des Brennstoffes ermittelt wird, bevor dieser in den Reaktionsraum eingebracht wird und der Prozess der thermischen Verwertung des Brennstoffes in Abhängigkeit von dem Wassergehalt des Brennstoffes gesteuert wird, Maßnahmen durchzuführen bzw. anzugeben, die eine einfache und kostengünstige Ermittlung des Wassergehalts des Brennstoffes und eventuell weiterer für die Steuerung des Prozesses der thermischen Verwertung nützlicher Parameter gestattet. JP 2003 028407 A und JP S52 113065 A zeigen weitere Verfahren zum thermischen Verwerten von festem Brennstoff in einem Reaktionsraum.
  • Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
  • Hinsichtlich der Anlage wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Anlage nach Anspruch 11 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung gestattet die Bereitstellung von Informationen über den Brennstoff, bevor dieser in den Reaktorraum transportiert wird. Infolgedessen können Veränderungen der Brennstoffqualität identifiziert und aus den Daten Brennstoffeigenschaften abgeleitet werden, die für eine effiziente und zielgerichtete Verbrennung von Bedeutung sind. Dazu gehören insbesondere Informationen über den Wassergehalt, die Schüttdichte, den Feinanteil, den Aschegehalt und den Heizwert. Diese Informationen können dem Betreiber der Anlage bzw. der Steuerung der Anlage zur Verfügung gestellt werden.
  • Erfindungsgemäß wird ein Gasstrom, der Luft, Stickstoff, Rezirkulationsgas, Abgas oder mit Sauerstoff angereicherte Luft sein kann, und eine Temperatur zwischen -10°C und 200°C haben kann, durch eine Brennstoffschüttung in einem Behälter, der ein Vorlagebehälter, eine Schleuse, eine Schurre, eine Schnecke oder ein von einer Brennstoffzufuhrvorrichtung separates Behältnis sein kann, geleitet. Beim Durchströmen der Schüttung laufen verschiedene physikalische Prozesse ab:
    • es findet ein Wärmeübergang vom Gasstrom auf den Brennstoff oder umgekehrt statt; infolgedessen erfolgt z. B. eine Abkühlung des Gasstromes und Aufheizung der Brennstoffschüttung;
    • es findet ein Trocknungsprozess des Brennstoffs und eine Aufnahme von Wasser in den Gasstrom statt;
    • es findet ein Druckverlust über die Schüttung statt;
    • es werden bei höheren Temperaturen flüchtige Bestandteile freigesetzt, welche z. B. über einen Flammenionisationsdetektor, kurz FID, analysiert werden können.
  • Diese Prozesse führen zu einer Veränderung der Beschaffenheit des Gases, welche mit vergleichsweise einfachen, standardisierten messtechnischen Instrumenten und Methoden bestimmt werden können, wie z. B.:
    • Messung der Temperatur, des Druckes und der relativen Luftfeuchte in der Umgebung (Standardmesstechnik: z. B. Umgebungstemperatur [°C] und relative Umgebungsluftfeuchtigkeit [%] Temperatur/RH Almemo®-Stecker; Messbereich: -50°C ...+200°C; 0% ... 100% RH);
    • Messung von Temperaturen in der Schüttung sowie vor Eintritt und nach Austritt des Gases aus der Schüttung (Standardmesstechnik z. B. Messfühler: Thermoelemente; NiCr-Ni Almemo®-Stecker Typ K; Messbereich: -200°C ... +1370°C);
    • Messung des Druckes vor und nach der Schüttung (Standardmesstechnik: z. B. Messfühler: Silikonschlauch + Metallrohr; Staudruck/Strömung Almemo®-Stecker; Messbereich 0Pa...6800Pa);
    • Messung des Wassergehaltes auf der Abluftseite (Standardmesstechnik: z. B. Gasanalysator Dr. Födisch MCA 04) ;
    • Messung des Umgebungsdruckes (Standardmesstechnik: digitales Manometer Modell Leo 2 der Firma Keller (Messbereich: 0 bar...300bar; 0°C...50°C).
  • Die Veränderung der Parameter des Gases nach der Schüttung kann zeitlich aufgelöst erfasst werden. Aus den Messkurven werden Kennwerte bzw. Funktionen (fΔp(t), fw(t), f'w(t), fT(t), fΔT(t)) gebildet. Änderungen bei Kenngrößen bzw. in den Verläufen deuten auf eine geänderte Brennstoffqualität bzw. einen anderen Brennstoff hin. So können Änderungen der Brennstoffqualität erfasst werden. Auf dieser Basis können Warnhinweise an den Nutzer ausgegeben und/oder direkte steuerungstechnische Eingriffe erfolgen.
  • Die Brennstoffschüttung kann ein Teilstrom aus dem gesamten Brennstoffmassenstrom oder auch den gesamten Brennstoffmassenstrom erfassen.
  • Die Durchströmung der Brennstoffschüttung kann von oben nach unten oder von unten nach oben erfolgen.
  • Brennstoffschüttung und Gasstrom können vorzugsweise ein ΔT von mindestens 15 K aufweisen.
  • Die Abluft aus der Brennstoffschüttung kann in den thermischen Verwertungsprozess integriert werden, z. B. als Primärluft oder als Sekundärluft.
  • Die erfinderischen Maßnahmen können an bestehenden Anlagen nachgerüstet oder bei Neuanlagen von Anfang an berücksichtigt werden.
  • Eine Kopplung mit anderen messtechnischen Einrichtungen ist möglich (Prozessdaten der Anlage, Brennstoffwaage, Erfassung von Bilddaten vom Brennstoff etc.).
  • Eine vorgeschaltete Trocknung des Gasstromes kann z. B. durch Leitung des Gasstromes durch eine Silicagel-Schüttung erfolgen, um so Umgebungsluft bedingte Schwankungen zu eliminieren. Damit werden Unterschiede in der Abluft noch deutlicher gezeigt und der Prozess weiter verbessert.
  • Die Erfindung gestattet es, Informationen über den Brennstoff bereitzustellen, bevor dieser in den Reaktionsraum gelangt. Im Einzelnen werden
    • Änderungen relevanter Brennstoffparameter, insbesondere Wassergehalt und Eigenschaften der Schüttung erfasst, so dass der Anlage die Information zur Verfügung gestellt werden kann, dass ein anderer Brennstoff eingesetzt und/oder sich die Qualität des Brennstoffes geändert hat;
    • mit Hilfe des Druckverlusts unterschiedliche Schüttungen differenziert (Pellets, Hackgut, Späne etc.) und Informationen zum Feinanteil ermittelt;
    • mit Hilfe des Wassergehaltes im Gasstrom vor dessen Eintritt in den Brennstoff und nach dessen Austritt aus dem Brennstoff Rückschlüsse auf den Wassergehalt des Brennstoffes ermöglicht;
    • Informationen über die "Richtung" der Änderung bereitgestellt, also Informationen darüber ob eine Erhöhung oder eine Absenkung des Wassergehaltes stattgefunden hat oder sich die Partikelgröße erhöht oder vermindert hat;
    • an Hand der Daten und durch den Abgleich von Datensätzen Brennstoffe und Brennstoffqualitäten Gruppen zugeordnet;
    • basierend auf der Detektion des Brennstoffes bzw. der Brennstoffeigenschaften die Betriebsweisen der Anlage angepasst, z. B. durch Erhöhung oder Reduzierung des Brennstoffmassenstromes, Erhöhung oder Reduzierung des Anteils an Rezirkulationsluft, Verstärkung oder Reduzierung der Vorwärmung der Brennstoffluft.
  • Nachfolgend wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungsfigur, die den prinzipiellen Aufbau einer Anlage nach der Erfindung und den prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens nach der Erfindung schematisiert zeigt, beschrieben.
  • Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist eine Anlage zum thermischen Verwerten von festem Brennstoff ein Behältnis 1 zur Aufnahme einer Brennstoffschüttung auf. Das Behältnis 1 ist einem nicht dargestellten Reaktionsraum vorgeschaltet, in den der Brennstoff nach Verlassen des Behältnisses 1 einbringbar ist, um dort durch Verbrennung thermisch verwertet zu werden. Dem Behältnis 1 vorgeschaltet ist ein Heißluftgebläse 2, das einen Gasstrom beschleunigt und erhitzt, der zuvor eine Trocknungsvorrichtung in Form einer Silicagel-Schüttung 3 durchströmt hat. Der das Heißluftgebläse 2 verlassende Gasstrom durchströmt die Brennstoffschüttung in dem Behältnis 1.
  • Mittels verschiedener nicht dargestellter Messvorrichtungen werden verschiedene physikalische, für die thermische Verwertung relevante Parameter wie z. B. Druck und Temperatur des Gasstromes vor Eintritt in die und nach Austritt aus der Brennstoffschüttung und erfindungsgemäß der Feuchtigkeitsgehalt des Gasstromes vor dessen Eintritt in die Brennstoffschüttung und nach dessen Austritt aus der Brennstoffschüttung gemessen. Diese Messwerte werden einer Auswerteeinheit 4 zugeführt, die Rückschlüsse auf den Wassergehalt und andere für die thermische Verwertung relevante Parameter wie Dichte der Schüttung und Feinanteil der Schüttung. Die von der Auswerteeinheit 4 ermittelten Daten werden einer Steuerungseinheit 5 zugeführt, die den thermischen Verwertungsprozesses unter Berücksichtigung dieser Daten steuert. Die Auswerteeinheit 4 kann bei der Auswertung der ihr zugeführten Messwerte Rückgriff auf eine Datenbasis 6 nehmen, in der bestimmte für den thermischen Verwertungsprozess relevante Daten abgespeichert sind.
  • Optional können zusätzlich zu den aus der Veränderung des Gasstromes beim Durchtritt durch die Brennstoffschüttung erfassten Brennstoffeigenschaften weitere Parameter des Brennstoffes erfasst werden. Diese weiteren Parameter können dazu dienen, die aus der Veränderung des Gasstromes beim Durchtritt durch die Brennstoffschüttung erfassten Brennstoffeigenschaften weiter zu verfeinern und/oder zu plausibilisieren. Hierzu können weitere messtechnische Einrichtungen vorhanden sein. Diese können ausgewählt sein aus Prozessdaten der Anlage und/oder einer Brennstoffwaage zur Erfassung der Brennstoffmasse und/oder einer Einrichtung zur Erfassung der Schüttdichte und/oder einer Einrichtung zur Erfassung von Bilddaten des Brennstoffs. Aus der Änderung der Brennstoffmasse kann ebenfalls der Wassergehalt bestimmt werden, was zu einer redundanten und dadurch zuverlässigeren Erfassung führt.
  • Bei der Auswertung der der Auswerteeinheit zugeführten Messwerte und Daten werden zwei Ansätze verfolgt und kombiniert, um bestmögliche Ergebnisse zu erzielen:
    • Bei der datenbasierten Auswertung erfolgt ein Abgleich zwischen hinterlegten Daten bzw. Profilen und den erzeugten Messwerten. Durch Verfahren wie z. B. eine Kreuzkorrelation oder andere vergleichbare mathematische Methoden werden Ähnlichkeiten bzw. Abweichungen ermittelt und auf dieser Basis entschieden, um welche Art von Brennstoff es sich handelt.
    • Bei dem analytischen Ansatz ist eine Information über die Masse des Brennstoffes zumindest zu Beginn erforderlich.
  • Vereinfachend wird bei diesem Ansatz der Brennstoff als eine Mischung aus Anteilen von Wasser, Asche und Brennbarem unterschieden. An Hand der Masse und weiterer Messwerte (erfindungsgemäß Wassergehalt in Zu- und Abluft) wird eine Massen- und Energiebilanz des Trocknungsprozesses aufgestellt. So wird zunächst die Menge an Wasser berechnet, die ausgetrieben wurde und so analytisch auf den Wassergehalt zurückgerechnet. Über die Messwerte der Temperaturen wird die Aufheizung des Schüttgutes bewertet und erfasst.
  • Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung "erste" und "zweite" Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Claims (15)

  1. Verfahren zum thermischen Verwerten von festem Brennstoff in einem Reaktionsraum, wobei der Wassergehalt des Brennstoffes ermittelt wird, bevor dieser in den Reaktionsraum eingebracht wird, und der Prozess der thermischen Verwertung des Brennstoffes in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Brennstoffes gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasstrom durch den Brennstoff geleitet wird und die Feuchtigkeit des Gasstromes nach dessen Austritt aus dem Brennstoff gemessen und aus dem die Feuchtigkeit des Gasstromes darstellenden Messwert der Wassergehalt des Brennstoffes ermittelt wird,
    wobei die Feuchtigkeit des Gasstromes auch vor dessen Eintritt in den Brennstoff gemessen und bei der Ermittlung des Wassergehaltes des Brennstoffes berücksichtigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Gasstromes vor dessen Eintritt in den Brennstoff und/oder nach dessen Austritt aus dem Brennstoff gemessen und bei der Prozesssteuerung berücksichtigt wird und/oder
    dass der Druck des Gasstromes vor dessen Eintritt in den Brennstoff und/oder nach dessen Austritt aus dem Brennstoff gemessen und bei der Prozesssteuerung berücksichtigt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Gasstromes gemessen wird, während er sich in dem Brennstoff befindet.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom vor dessen Eintritt in den Brennstoff eine höhere oder niedrigere Temperatur als der Brennstoff am Ort des Eintritts des Gasstromes in den Brennstoff hat.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz zwischen dem Gasstrom und dem Brennstoff mindestens 15 K beträgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom vor dessen Eintritt in den Brennstoff eine Temperatur hat, die im Bereich zwischen -10°C und 200°C liegt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom nach dessen Austritt als Primärluft und/oder Sekundärluft bei der thermischen Verwertung des Brennstoffes verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom vor dessen Eintritt in den Brennstoff getrocknet wird oder dass der Gasstrom um ihn zu trocknen durch eine Silicagel-Schüttung (3) geleitet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom aus einem der folgenden Gase: Luft, Stickstoff, Rezirkulationsgas, Abgas, mit Sauerstoff angereicherte Luft, besteht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Gasstrom durchströmte Brennstoff die gesamte Menge oder nur ein Teil des in den Reaktionsraum eingebrachten Brennstoffes ist.
  11. Anlage zum thermischen Verwerten von festem Brennstoff in einem Reaktionsraum, dem ein Behältnis (1) zur Aufnahme einer Brennstoffschüttung vorgeschaltet ist, wobei die Anlage weiterhin eine Einrichtung zur Ermittlung des Wassergehaltes des Brennstoffes enthält, bevor dieser in den Reaktionsraum eingebracht wird, und wobei die Anlage weiterhin eine Steuerungseinheit (5) enthält, welche dazu eingerichtet ist, den Prozess der thermischen Verwertung des Brennstoffes in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Brennstoffes zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ermittlung des Wassergehaltes eine Einrichtung (2) zum Erzeugen eines Gasstromes enthält, der durch die Brennstoffschüttung in dem Behältnis (1) leitbar ist, und weiterhin eine Messvorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit des Gasstromes vor dessen Eintritt in die Brennstoffschüttung sowie eine Messvorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit des Gasstromes nach dessen Austritt aus der Brennstoffschüttung vorhanden ist, sowie eine Auswerteeinheit (4) zum Ermitteln des Wassergehaltes des Brennstoffes aus dem die Feuchtigkeit des Gasstromes darstellenden Messwert, und dass die Einrichtung zur Ermittlung des Wassergehaltes dazu eingerichtet ist, der Steuerungseinheit (5) den so ermittelten Wassergehalt des Brennstoffes für dessen Berücksichtigung bei der Prozesssteuerung zu übermitteln.
  12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen des Gasstromes ein Heißluftgebläse (2) aufweist und/oder
    dass die Einrichtung zum Erzeugen des Gasstromes eine Trocknungsvorrichtung (3) für den Gasstrom aufweist.
  13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsvorrichtung (3) eine Silicagel-Schüttung enthält, durch die der Gasstrom leitbar ist, bevor er in die Brennstoffschüttung eintritt und/oder
    dass die Silicagel-Schüttung (3) dem Heißluftgebläse (2) vorgeschaltet ist.
  14. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (1) ein Vorlagebehälter, eine Schleuse, eine Schurre, eine Schnecke ist oder ein von einer Brennstoffzufuhrvorrichtung separates Behältnis ist.
  15. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (1) und der Reaktionsraum durch eine Leitung verbunden sind, durch die der Gasstrom nach dessen Austritt aus der Brennstoffschüttung in den Reaktionsraum leitbar ist, um dort als Primärluft und/oder Sekundärluft verwendbar zu sein.
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