Brennkammern und Strahlungszüge stellen zentrale Bestandteile einer Verbrennungsanlage dar. Sie bilden den Feuerraum, in dem ein Brennstoff kontinuierlich verbrannt wird. Dabei stellt sich ausgehend von der Brennkammer durch den Strahlungszug eine Strö- mung aus Feuerungsgasen aus dieser Verbrennung im Feuerraum ein, welcher zur Ausnutzung der Verbrennungsenergie üblicherweise durch oder an nachgeschalteten oder im Feuerraum eingebauten Wärmeüberträgern geleitet wird. Einen wesentlichen Einfluss auf die Strömung wie auch auf den Ausbrand und auf die Schadgasbil- dung nehmen neben den Abmessungen des Feuerraums insbesondere die Prozessbedingungen der Verbrennung.

Um einen vollständigen Ausbrand in einem Feuerraum sicherzustel- len, wird zusätzlich sog. Sekundärgas, beispielsweise Luft, Sau- erstoff 02, rezykliertes Rauchgas oder Wasserdampf, in den Strah- lungszug mit hohen lokalen Impulsen und zur Sicherstellung einer guten Durchdringung der Strömung im hohen Überschuss eingedüst.

Hierdurch erhält die Verbrennung zusätzlich Sauerstoff, welche die noch nicht verbrannten Anteile des Brennstoffs zur Verbren- nung bringen. Üblicherweise erfolgt eine Eindüsung von Sekundär- gas über Düsenreihen, vorzugsweise im Bereich de. s engsten Quer- schnitts zwischen Brennkammer und Strahlungszug.

Strömungs-, Temperatur-, Sauerstoff-und Schadgasverteilung sind über dem Querschnitt der Strahlungszüge meist sehr ungleichför- mig und können auch durch einen Mischungsimpuls, d. h. durch Eindüsung von Sekundärgas oder anderen gasförmigen Medien nicht vollständig beseitigt werden. Häufig treten auch ausgeprägte Strähnen aus Feuerungsgasen auf, in denen Sauerstoffmangel vor- liegt. Sie begünstigen Korrosionserscheinungen vorwiegend in den Strahlungszügen, aber auch an den eingebauten Wärmeüberträgern.

Infolge der ungleichförmigen Sauerstoffverteilung können organi- sche Schadstoffe sowie CO im Rauchgas meist nicht vollständig verbrannt werden. Eine erforderliche Güte einer Vermischung ist jedoch nur mit einer Eindüsung mit Parametern in einem genau vorgegebenen Bereich erzielbar, wobei dieser bei einer Änderung der Betriebsbedingungen, beispielsweise im Teillastbereich, je- weils anzupassen ist.

In [1] werden unterschiedliche Konzepte und Vorrichtungen zur Eindüsung von Sekundärluft beschrieben. Die Eindüsung erfolgt bei einem ersten Konzept mit Düsen, angeordnet aus- schließlich in der Feuerraumwand. Eine möglichst effektive Verwirbelung und damit eine Durchmischung der eingedüsten Sekundärluft mit der Strömung wird durch eine optimierte Anordnung und Ausrichtung der Düsen in der Feuerraumwand angestrebt. Grundsätzlich versucht man also, allein durch Anordnung und Ausrichtung der Düsen bestimmte zwei-oder dreidimensionale Strömungsmuster, wie z. B. Strömungswalzen oder Wirbelströmungen, zu erhalten. In einem zweiten Kon- zept wird im engsten Querschnitt, d. h. im Übergang von der Brennkammer zum Strahlungszug, zusätzlich ein Balken mit zusätzlichen Düsen eingesetzt. Eine erste Variante dieses Konzeptes verwendet einen rotierenden Balken, Bauart Temel- li, während eine zweite Variante auf einem strömungsopti- mierten feststehenden Balken, Bauart Kümmel, basiert.

Die aufgezeigten Konzepte weisen jedoch prinzipbedingte Nachteile auf.

Eine zuverlässige Einmischung von Sekundärgas über Düsen, welche ausschließlich in der Feuerraumwand angeordnet sind, setzt bestimmte einzuhaltende Strömungsmuster für einen ho- mogenisierenden Mischungsprozess voraus. Derartige Konzepte eignen sich daher nur bedingt für instationäre Verbren- nungsvorgänge. Diese Einschränkung tritt mit zunehmenden Querschnitt der Strömung zunehmend in den Vordergrund, da die zu überbrückenden Wegstrecken der Strömung und dem Se- kundärgas bei einer Vermischung mit den Abmessungen stei- gen.

Auch Balken, ob rotierend oder nicht rotierend, oder auch andere Verdrängungskörper eignen sich nicht für alle Feuer- raumgeometrien. Vielmehr ist mit dem Auftreten auch größe- rer Druckgradienten und den damit verbundenen unerwünschten Effekten, wie beispielsweise Temperaturgradienten mit Entmischungs-, Kondensations-und Kavitationseffekten im Feuerraum zu rechnen, welche der Erzielung eines möglichst vollständigen Ausbrands entgegenwirken. Zudem sind bei Tem- peraturen oberhalb von 800°C rotierende Luftverteilerbalken mechanisch sehr aufwendig, störanfällig und damit teuer.

Ausgehend davon hat nun die vorliegende Erfindung zur Auf- gabe, eine Vorrichtung zur flächenhaften Einmischung von Sekundärgas, wie z. B. Luft, Sauerstoff oder andere gasför- mige Reaktionsmittel, in heiße Feuerungsgase in einen Strahlungszug einer Brennkammer vorzuschlagen, welche eine zuverlässige Einmischung insbesondere auch bei instationä- ren Verbrennungsvorgängen oder im Teillastbereich sicher- stellt und dabei ohne beweglichen Teile auskommt.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung die Merkmale gemäß dem Patentanspruch 1 vor. Weitere, vorteilhafte und die Erfindung weiterbildende Merkmale sind in den Unteran- sprüche angeführt.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere durch eine Gitter- struktur aus, welche quer zum Strahlungszug angeordnet ist und den Querschnitt des Strahlungszug dabei vollständig überspannt. Die Gitterstruktur ähnelt einem Sieb, Netz oder einem Rechen und wird durch Röhren oder andere Hohlkörper gebildet. Diese sind entweder aus einem Material mit offe- ner, d. h. durchgängiger Porosität hergestellt oder weisen Wandungen mit Durchbrüchen auf, wobei die durchgängige Po- rosität und die Durchbrüche Lufteinlässe bilden. Die Ein- leitung des Sekundärgases in die Gitterstruktur erfolgt mit Anschlüssen vorzugsweise an und durch die Wände des Feuer- raumes bzw. des Strahlungszuges über die Enden der Gitter- struktur, an denen sich die Gitterstruktur im Feuerraum ab- stützt.

Ebenso ist die Gitterstruktur auch ohne Röhren als hohler Formkörper mit einer inneren Kavität gestaltbar. Wie die zuvor beschriebenen Röhren weist der Formkörper Durchbrüche zwischen der Kavität und der Umgebung auf, d. h. die Wandung ist entweder aus einem Material mit offener, d. h. durch- gängiger Porosität, beispielsweise als Sinterformkörper, hergestellt oder weist diskrete Durchbrüche als Lufteinläs- se auf. Mit einer entsprechenden Gestaltung der Durchbrüche als offene Porosität lässt sich durch eine flächigen Eindü- sung des Sekundärgases zudem die Gitterstruktur vor thermi- scher und chemischer Korrosion schützen. Die Gitterstruktur lässt sich zudem je nach Einsatzgebiet aus einer Keramik oder einem Metall herstellen. Soll die Gitterstruktur ins- besondere hohen Temperaturen widerstehen und dabei auch ei- ne hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen, bieten sich hochtemperaturbeständige oder feuerfeste Keramiken als Ma- terial für die Röhren an. Metallische Röhren bieten sich insbesondere bei moderaten Temperaturen dann an, wenn eine höhere mechanische oder thermische Wechselfestigkeit erfor- derlich ist.

Durch Einsetzen einer derartigen Gitterstruktur über dem gesam- ten Querschnitt der Brennkammer bzw. des Strahlungszuges ober- halb des Feuerraumes wird die Voraussetzung geschaffen, den be- nötigten Sauerstoff in die Feuerungsgase vollständig einzumi- schen. Es bietet sich an, die Gitterstruktur als selbsttragendes Gewölbe auszuführen, welches sich ringsum an den Wänden des Strahlungszuges abstützt.

Die wesentlichen Abmessungen der Gitterstruktur, wie beispiels- weise die Maschenweite der Gitterstruktur oder die Größe und die Verteilung der Durchbrüche, bestimmen die Mischungswege der ein- gedüsten Zwischengas mit der Strömung. Sie beeinflussen dadurch signifikant die Geschwindigkeit der Einmischung und damit die Zuverlässigkeit eines hohen Ausbrands. Dadurch reicht die Ge- schwindigkeitserhöhung, die sich aufgrund der Querschnittsverle- gung durch die Rohre der Gitterstruktur ergibt, aus, um das aus den Rohren ausströmenden Zwischengas vollständig in die Feue- rungsgase einzumischen. Die Nachlaufströmung stromabwärts der Gitterstruktur unterstützt zusätzlich den Vermischungsvorgang.

Der praktische Vorteil liegt vor allem aber darin, dass der hohe Ausbrand weitgehend unabhängig von den Strömungs-und Mischungs- verhältnissen erzielbar ist, da mit der Kürze von Mischungswegen die Bedeutung eines bestimmten Strömungszustandes für eine Ver- mischung zunehmend in den Hintergrund tritt. Auch entfällt prak- tisch eine Obergrenze des Feuerraumquerschnitts im Strahlungs- zug, in der eine zuverlässige Einmischung aufgrund der vorherr- schenden Strömungsverhältnisse ohne Gitterstruktur gerade noch möglich wäre. Die Erfindung eignet sich daher in besonderem Maße für Großverbrennungsanlagen. Zudem wird nicht nur ein hoher Aus- brand unabhängig vom Betriebszustand erzielt, sondern vor allem auch bei der Verbrennung unterschiedlicher Brennstoffe, ohne dass es einer Umrüstung der Vorrichtung zur flächenhaften Ein- mischung von Sekundärgas bedarf.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass wegen der hohen Misch- güte und des damit erzielbaren zuverlässig hohen Ausbrands unab- hängig von der Verbrennung der Verbrennungsprozess im Feuerraum ohne Rücksicht auf Emissionswerte optimierbar ist, beispielswei- se hinsichtlich einer primärseitigen Stickoxidminderung, hin- sichtlich reduzierter Rosttemperaturen bei heizwertreichem Brennstoff oder hinsichtlich minimierter Rauchgasmengen. Eventu- ell auftretende hohe CO-Konzentrationen in der Strömung werden in jedem Fall durch die Sauerstoffeinmischung über die Gitter- struktur zuverlässig reduziert.

Es bietet sich auch an, mehrere Gitterstrukturen gemäß der Er- findung in der Strömung hintereinander anzuordnen. Hierdurch wird eine Sauerstoffeinmischung oder eine gezielte Einmischung eines Reaktionsmittels in Stufen möglich. Beispielsweise erfolgt in einer Stufe eine Pyrolyse oder eine Vergasung, während die eigentliche Nachverbrennung erst in einer zweiten Stufe vorgese- hen ist, was vor allem eine geringere Rostbelastung bei heiz- wertreichen Abfällen bewirkt.

Eine sektorielle Hintereinanderschaltung von mehreren Gitter- strukturen ermöglicht zusätzlich die gezielte Vergleichmäßigung der Strömung des gesamten Rauchgasstromes und den Ausgleich ex- trem ungleichförmiger Strömungen über dem Strahlungszug im Feu- erraum. Diese Option ist besonders für Strahlungszüge mit großem Querschnitt oder bei ausgeprägter Schichtströmung interessant.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Figuren erläu- tert. Es zeigen : Fig. 1 eine Gitterstruktur, eingesetzt in einen Feuerraum, sowie Fig. 2 a bis d verschiedene Ausführungsformen der Gitter- struktur.

Wie eingangs beschrieben und in Fig. 1 schematisch darge- stellt, besteht die Erfindung im wesentlichen aus einer Gitterstruktur 1, welche sich an den Wänden 2 des Feuerrau- mes abstützt und den Querschnitt zwischen diesen Wänden des Strahlungszugs vollständig überspannt. Ferner ist in Fig. 1 die Strömungsrichtung 3 der Strömung mit einem Pfeil ange- deutet, welche die Gitterstruktur mit seinem gesamten Volu- menstrom durchströmt. Die Gitterstruktur im Feuerraum ist für die Erzielung einer effektiven Lufteinmischung strö- mungstechnisch an die Strömung anzupassen. Dabei ist es grundsätzlich unerheblich, ob die Gitterstruktur einen engsten Querschnitt wie in Fig. 1 oder einen anderen Quer- schnitt im Feuerraum überspannt.

Die Gitterstruktur ist in Fig. 1 als einfach gebogene Git- terfläche dargestellt. Es sind alternativ Gewölbestrukturen wie auch gewellte, mehrfach gebogene, geknickte oder plane, d. h. praktisch beliebig geformte Gitterflächen einsetzbar.

Mögliche Anordnungen der Röhren in der Gitterstruktur sind in den Figuren 2 a bis d dargestellt. Grundsätzlich unter- scheiden sich zwei Grundanordnungen der Gitterstrukturen.

Weitere Anordnungen oder auch Kombinationen aus mehreren Anordnungen sind denkbar und sind durch die Erfindung mit abgedeckt. Ferner sind auch Gitterstrukturen dieser Art denkbar, welche nicht nur aus Röhren, sondern auch aus an- deren Hohlkörpern, beispielsweise separaten Hohlblöcken mit integrierten Verteilerkanälen oder Drosseln oder Abzwei- gungsmuffen, bestehen.

Die eine Grundanordnung ist in den Figuren 2 a bis c darge- stellt und ähnelt in ihrem Grundaufbau einem Spinnennetz.

Sie besteht aus sternförmig von einem Gittermittelpunkt auslaufenden Versorgungsröhren 4 welche untereinander mit Verteilerröhren 5 verbunden sind. Die Zuleitung des Sekun- därgases erfolgt durch die Wand des Feuerraums in die Enden der Versorgungsröhren und von diesen in die Verteilerröh- ren.

Die zweite Grundanordnung ähnelt einem Gitter mit jeweils parallel zueinander verlaufenden Versorgungsröhren 4 und Verteilerröhren 5. Sie ist beispielhaft in Fig. 2 d darge- stellt. Bei einer weiteren Variante dieser Grundanordnung sind die Verteilerröhren ebenfalls als Versorgungsleitungen mit je einem endseitigem Anschluss für die Zuleitung von Sekundärgas an der Wand des Feuerraumes ausgestattet.

Die Verteilerröhren sowie optional auch die Versorgungsröh- ren weisen die eingangs genannten Durchbrüche auf. Je nach Auslegung ist die Gitterstruktur auch ohne Verteilerröhren einsetzbar, wobei naturgemäß die Versorgungsleitungen zwin- gend mit Durchbrüchen zu versehen sind.

Vor dem Hintergrund der vorherrschenden hohen Temperaturen im Feuerraum im Bereich der Gitterstruktur bietet es sich an, diese aus einer hochtemperaturfesten oder feuerfesten Keramik herzustellen. Kommt es mehr auf eine mechanische Festigkeit bei einem eher moderaten Einsatztemperaturniveau an, bietet sich die pulvermetallurgische Herstellung mit einem Sintermetall an.

Die Herstellung erfolgt durch einen Sinterprozess vorzugs- weise drucklos, wobei die Sinterparameter so eingestellt werden, dass die Wandung der Röhren eine offene Porosität als Durchbrüche aufweisen. Gitterstrukturen mit Versor- gungsröhren ohne und Verteilungsröhren mit Durchbrüchen in den Wandungen werden vorzugsweise in einem mehrstufigen Herstellungsprozess gefertigt, wobei die Versorgungsröhren als fertig-und dichtgesinterte Bauteile in einem zweiten Fertigungsschritt verarbeitet werden.

Literatur [1] Görner, K., Klasen, Th. : Sekundärluftprisma zur Optimie- rung der Sekundärlufteindüsung, Umdruck zum VDI-Fortbil- dungsseminar"BAT-und preisorientierte Dioxin-/Gesamte- missionsminderungstechniken", München 14. -15. September 2000 Bezugszeichenliste : 1 Gitterstruktur 2 Wand 3 Strömungsrichtung 4 Versorgungsröhren 5 Verteilerröhren