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Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Verfeuerung von Biomasse, insbe- sondere Hackgut, Sägespäne, Rinde, Stroh und Ganzpflanzen in einem Festbett-Verbrennungs- prozess, bei welchem das zu verbrennende Gut in die in die Primär-Verbrennungszone einer Verbrennungszone mit Primär- und Sekundärverbrennungszone eingetragen und dort verbrannt wird, woran sich die Sekundärverbrennung in der Sekundär-Verbrennungszone anschliesst und die entstehenden Verbrennungsabgase bzw.
Rauchgase, bevorzugt nach Kontakt mit einem Wärme- tauscher od.dgl., vor Austritt in die umgebende Atmosphäre unter Abscheidung von Flugasche in einer Flugasche-Abscheidestufe, bevorzugt Multizyklon und/oder unter Abscheidung von Feinst- flugasche in eine, der Flugasche-Abscheidestufe nachgeschaltete Feinstflugasche-Abscheidestufe geführt wird, während die Grobasche aus der Verbrennungszone, insbesondere Primär- Verbrennungszone, ausgetragen wird, und wobei eine Rückführung von Flugasche in die Verbren- nungszone erfolgt.
Die Erfindung betrifft weiters eine neue Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Aschen aus der Verbrennung von chemisch unbehandelter Biomasse stellen einen wertvollen Sekundärrohstoff mit düngewirksamen und bodenverbessernden Eigenschaften dar. Sie sind prinzipiell geeignet, auf land- und forstwirtschaftliche Flächen ausgebracht zu werden. Da jedoch der natürliche Kreislauf der aschebildenden Elemente im Zuge der thermischen Biomassenutzung durch Nass- und Trockendepositionen von Schadstoffen, wie insbesondere Schwermetallen, via Luft und Regen in das Ökosystem Wald gestört wird, ist es heute praktisch nicht mehr möglich, die gesamten bei der Verbrennung der Biomasse anfallenden Aschefraktionen auf nachhaltige Weise wieder auf Böden rückzuführen.
In Österreich werden als Schwermetalle primär Cadmium und sekundär Zink in das Ökosystem eingetragen. Durch den laufenden Schwermetalleintrag wird der Aschekreislauf instabil. Würde man die gesamte bei der Verbrennung anfallende Asche als Dünger einsetzen, käme es zu einer für Gesundheit und Umwelt gefährlichen Anreicherung von Schwermetallen im Kreislauf, also in den Böden und in der Biomasse, da die über die zu verfeuernde Biomasse eingetragenen Schad- stoffe nach der Verbrennung zum grössten Teil und in aufkonzentrierter Form in den anfallenden Aschen bzw. Aschefraktionen verbleiben.
Es ist daher notwendig geworden, einen kleineren oder auch grösseren und schwermetallrei- chen Seitenstrom, konkret die in Elektrofiltern, Gewebefiltern oder Rauchgaskondensationsanlagen anfallenden Feinstflugaschen, aus dem Kreislauf auszuschleusen, um den Grossteil der anfallenden Aschen, also den sogenannten "verwertbaren Ascheanteil nach Anfall", im wesentlichen eine Mischung aus Grobasche und (Zyklon-)Flugasche, auf Böden rückführen zu können.
Vergleicht man die Schwermetallgehalte im derart verwertbaren Ascheanteil, die in - dem Stand der Technik entsprechenden - Anlagen anfallen, mit den derzeit in Österreich gültigen und in absehbarer Zeit in den entwickelten Ländern zugelassenen Grenzwerten für eine Ausbringung von Aschen auf land- und forstwirtschaftliche Flächen so zeigt sich, dass primär die Cadmium- und sekundär die Zink-Gehalte zumindest schon im Bereich dieser Grenzwerte liegen und dieselben insbesondere für Cadmium heute teilweise sogar schon überschreiten.
Da einerseits die Deponiemengen und-kosten laufend ansteigen - für die Deponierung einer Tonne Biomasseasche liegen in Österreich die Kosten derzeit zwischen EUR 75, - und EUR 3/50,- - und anderseits eine umweltverträgliche und kontrollierte Vorgangsweise erreicht werden soll, kommt zukünftig einer sinnvollen Verwertung der in steigendem Ausmass anfallenden Biomas- seaschen grosse Bedeutung zu. Dies gilt insbesondere, wenn man bedenkt, dass derzeit in Öster- reich nur rund 50 % des wirtschaftlich und nachhaltig realisierbaren Biomassepotentials von 50 bis 60 PJ/a tatsächlich genutzt werden (im Bereich Biomassenahwärme bzw. in der holz-be- und - verarbeitenden Industrie).
Dem Stand der Technik entsprechende Biomasseverbrennungsanlagen sind im wesentlichen wie folgt, aufgebaut : Der Brennstoff wird z. B. von einem Tagesbunker in die Verbrennungszone eingetragen und dort am Glutbett verbrannt. Die Feuerung bzw. deren Verbrennungszone gliedert sich bevorzugterweise in eine Primär-Verbrennungszone und in eine Sekundär-Verbrennungszone.
Die Verbrennungsluft wird unter bzw. über dem Glutbett eingeblasen. Im Falle einer Anlage mit Primär- und Sekundärverbrennungszone wird die Primär-Verbrennungsluft unter dem Glutbett und die Sekundär-Verbrennungsluft in die Sekundär-Verbrennungszone oder in die (Primär-)Verbren- nungszone über dem Rost eingeblasen. Nach Durchströmen der Feuerung gelangt das Rauchgas
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in den Wärmetauscher, in dem die im Rauchgas enthaltene Wärmemenge genutzt und das Rauchgas abgekühlt wird. Optional kann zur Kühlung des Feuerraumes ein Teilstrom des Rauch- gases unter dem Rost und/oder in den Feuerraum rezirkuliert werden bzw. der Feuerraum direkt mit Wasser gekühlt werden.
Die im Rauchgas enthaltenen Flugaschen werden normalerweise mittels Flugasche- Abscheidern, z. B. Schwerkraft- oder Fliehkraftabscheider, meist Multizyklone, und/oder mittels den, meist den Flugasche-Abscheidem nachgeschalteten Feinstflugasche-Abscheidem, wie insbeson- dere Elektrofilter, Gewebefilter oder Rauchgaskondensationsanlagen, abgeschieden.
Die Abscheidung der Flugasche erfolgt bevorzugt in einem Flugasche-Abscheider und in einem Feinstflugasche-Abscheider oder aber in einer Kombination aus Flugasche- und Feinstflugasche- Abscheider. Das Rauchgas wird letztlich über einen Kamin der Feuerungsanlage in die Umgebung emittiert.
In derartigen Anlagen fallen Grobaschen, (Zyklon-)Flugaschen und Feinstflugaschen an. Die Grobasche fällt im Feuerraum, insbesondere unter dem Rost an.
Die (Zyklon-)Flugasche setzt sich aus der im Kesselbereich und in den dem Kessel nachge- schalteten Schwerkraft- oder Fliehkraft-Abscheidern gesammelten Flugaschen zusammen.
Die Feinstflugasche wird in Elektrofiltern, Gewebefiltern oder Rauchgaskondensationsanlagen abgeschieden.
Die anfallenden Aschen werden derzeit entweder deponiert oder aber die (Zyklon-)Flugasche wird im anfallsmässigen Verhältnis mit der Grobasche gemischt. Sie können dann auf land- und forstwirtschaftliche Flächen ausgebracht werden (falls die zulässigen Grenzwerte für Schwermetal- le im sogenannten verwertbaren Aschegemisch unterschritten werden).
Die Feinstflugasche muss in jedem Fall speziell deponiert oder aber für eine mögliche weitere Nutzung, z. B. der Schwermetalle, aufbereitet werden.
Weiters sind beispielsweise aus WO 92/01197 A1, WO 96/30701 A1 und CH 691 507 A5 Ver- fahren zur Verfeuerung von brennbaren Stoffen bzw. Brennstoffen mit Flugasche-Rückführung bekanntgeworden, bei welchen eine Einbringung der Flugasche(n) und damit der in derselben enthaltenen Schwermetalle in die am bzw. unter dem Feuerrost anfallenden Grob- bzw. Rostasche angestrebt wird, womit diese Aschen für eine Verwertung, wie z. B. für ein Ausbringen auf land- und forstwirtschaftliche Flächen bzw. zur Bodenverbesserung nicht geeignet sind.
Die Erfindung hat sich hingegen die Aufgabe gestellt, die Schwermetallgehalte im, beispiels- weise land- und forstwirtschaftlich nutz- bzw. verwertbaren Anteil der in Biomasse-Verfeuerungs- anlagen, insbesondere in Biomasse-Festbett-Verbrennungsanlagen, z. B. in Rost- oder Unter- schub-Feuerungsanlagen anfallenden Aschen zu reduzieren.
Zur Lösung der beschriebenen Problematik macht sich die vorliegende Erfindung die Tatsache zu Nutze, dass die Schwermetalle in den oben schon genauer beschriebenen einzelnen Asche- bzw. Flugaschefraktionen in unterschiedlichen Mengen bzw. Konzentrationen anfallen.
Es wurde gefunden, dass durch Rezyklierung bestimmter Aschefraktionen in das für die Ver- feuerung vorgesehene Biomassegut bzw. in die Verbrennungszone bzw. in die Verbrennungszo- nen der Biomasse-Feuerungsanlage eine - den grössten Teil der Aschen, also insbesondere die Grobasche-Anteile, hinsichtlich ihrer Schwermetallgehalte entlastende- Aufkonzentrierung der Schwermetalle in anderen, dann nur in geringen Mengen anfallenden und daher relativ problemlos zu manipulierenden und einer gezielten Spezialentsorgung oder-aufbereitung zuführbaren Asche- fraktionen ermöglicht wird.
Demgemäss ist Gegenstand der Erfindung ein wie eingangs erwähntes, neues Verfahren zur Verfeuerung von Biomasse, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass - für den Erhalt einer, vorzugsweise für Düngung und/oder Bodenverbesserung von land- und forstwirtschaftlichen Flä- chen verwendbaren, schwermetallarmen Grobasche, also für eine Reduktion des Gehaltes der in der Verbrennungszone, insbesondere in der Primär-Verbrennungszone, anfallenden Grobasche sowie gegebenenfalls der (Zyklon-)Flugasche an leicht- bis mittelflüchtigen Schwermetallen, wie insbesondere Cadmium und/oder Zink, und für eine gleichzeitige Anreicherung dieser Schwerme- talle in der Feinstflugasche - die aus dem Verbrennungsprozess in der Verbrennungszone bzw. in der Primär- und Sekundär-Verbrennungszone mit den Verbrennungsabgasen bzw.
Rauchgasen ausgetragenen und in mindestens einer der Abscheidestufen abgeschiedenen (Zyklon-)Flugasche und/oder Feinstflugasche bzw. Anteile davon in das der Verbrennung zugeführte, zu verfeuemde
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Biomassegut und/oder in die Primär-Verbrennungszone zurückgeführt wird bzw. werden.
Durch die Rückführung von Flugaschen in die Verbrennungszone und bevorzugterweise in die Primär-Verbrennungszone wird das hohe Schwermetall-Verdampfungspotential in diesem Bereich der Feuerung effizient ausgenützt: Sowohl in der (Primär-)Verbrennungszone als auch insbesonde- re im und um das Brennstoffbett herum herrschen lokal stark reduzierende Bedingungen und gleichzeitig hohe Temperaturen. Die leicht- bis mittelflüchtigen Schwermetalle, wie Cadmium und Zink, gehen unter derartigen Bedingungen zu hohen Anteilen in die Gasphase über. Aus diesem Grund weist in dem Stand der Technik entsprechenden Anlagen die Grobasche an sich im Ver- gleich zu allen anderen anfallenden Aschefraktionen die niedrigsten Gehalte an diesen Schwermetallen auf.
Unter oxidierenden Bedingungen und bei sinkenden Rauchgastemperaturen, z. B. insbesonde- re in der Sekundär-Verbrennungszone, und im Bereich des Wärmetauschers od.dgl. kondensieren die Schwermetalle und lagern sich an der Oberfläche der Flugaschepartikel an oder bilden selbst Flugascheteilchen (Aerosole).
Wird - was den Kern der Erfindung darstellt - die aus den Rauchgasen abgeschiedene Flug- asche wieder in das zu verfeuernde Biomassegut und/oder in die Verbrennungszone und bevor- zugterweise in die Primär-Verbrennungszone rückgeführt, dann gehen die darin enthaltenen leicht- flüchtigen Schwermetalle dort zu einem hohen Anteil wieder in die Gasphase über. Ein Grossteil der rückgeführten Flugasche wird dabei dann als schwermetallarme Grobasche am Rost der Feuerung abgeschieden, welche als Grobasche schliesslich ausgetragen wird und ohne Bedenken zur Boden- verbesserung und/oder -remineralisierung verwendet werden kann.
Ein gewisser Anteil der rückgeführten Flugasche wird mit dem Rauchgas wieder ausgetragen, in den Flugasche-Abscheidem weitgehend abgeschieden und zumindest zum Teil wieder in die Verbrennungszone oder in die zu verfeuernde Biomasse rückgeführt.
Das jeweils zu wählende Flugasche-Rückführungsverhältnis hängt von der Art und Qualität des Brennstoffes, von der Art der Feuerungs- und Kesseltechnologie sowie von der zur Verfügung stehenden Entstaubungs-Technologie ab.
Als Folge des neuen, die Rückführung der Flugasche(n) als wesentliches Merkmal aufweisen- den Verfahrens fällt der wieder in die Umwelt rückführbare, also verwertbare Ascheanteil aus- schliesslich als Grobasche mit wesentlich unterhalb der gesetzlich vorgesehenen Grenzwerte gelegenen Schwermetallgehalten an.
Eingehende Versuche haben gezeigt, dass die Cadmium-Gehalte im verwertbaren Verbren- nungs-Ascheanteil durch die erfindungsgemäss vorgesehene Flugasche-Rückführung um ein Vielfaches, konkret oft weit über das Zehnfache hinaus, reduziert werden können, und zwar im Vergleich zu auf einer gleichwertigen Anlage des Standes der Technik ohne Flugasche- Rückführung erzielten Ergebnissen.
In der Feinstflugasche liegen die Schwermetall-Elemente dann in entsprechend erhöhten Kon- zentrationen vor. Es soll hier der Ordnung halber erwähnt werden, dass der Anteil an Feinstfluga- sche unter Umständen infolge verstärkter Aerosolbildung leicht ansteigen kann.
Einer effizienten Feinstflugascheabscheidung kommt somit im Rahmen der Erfindung besonde- re Bedeutung zu. Die bei der erfindungsgemässen Verfahrensweise anfallende Feinstflugasche muss, wie bei den bekannten, dem Stand der Technik entsprechenden Biomasse-Feuerungs- anlagen, speziell deponiert oder industriell verwertet bzw. aufgearbeitet werden. Aufgrund der vom Gesetzgeber schrittweise immer weiter herabgesetzten Grenzwerte für Staubemissionen aus Biomasse-Feuerungen müssen dieselben auch mit immer effizienter arbeitenden Staubabscheide- Technologien ausgestattet werden, wodurch die erfindungsgemässe Technologie der Flugasche- Rückführung in Zukunft deutlich an Bedeutung gewinnen wird, da das erfindungsgemässe Verfah- ren umso ökologischer arbeitet, je effizienter die hinsichtlich der Schwermetalle angereicherte Feinstflugasche abgeschieden wird.
Ein ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in deren einfacher und kostengünstiger Realisierbarkeit. Es muss - bei einer schon bestehenden, konventionell arbeitenden Biomasse- Feuerungsanlage - im wesentlichen lediglich eine Förder- und Dosiereinrichtung vorgesehen werden, die die Flugasche nach ihrer Abscheidung aus den Abscheidern in die Verbrennungszone, bevorzugt in die Primär-Verbrennungszone bzw. zum Bio-Brennstoff-Einschub zurück transportiert und den jeweiligen Parametern entsprechend zudosiert.
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Die Fördereinrichtungen, die bei dem Stand der Technik entsprechenden Anlagen für den Ab- transport der Flugasche zum Aschecontainer od.dgl. erforderlich sind, können im Gegenzug gross- teils eingespart werden. Schon bestehende, dem Stand der Technik entsprechende, Anlagen lassen sich mit tatsächlich geringem Aufwand auf die erfindungsgemäss vorgesehene Flugasche- Rückführung umrüsten.
Was nun diesen Stand der Technik und die wesentlichen Vorteile der Erfindung im Lichte die- ses Standes der Technik betrifft, so ist dazu Folgendes auszuführen:
Die WO 92/01197 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verbrennung verschiedener Arten von Ab- fallmaterial. Aschen aus derartigen Verbrennungsprozessen weisen hohe Gehalte an umweltrele- vanten Schwermetall-Verbindungen auf und eignen sich schon von vornherein prinzipiell nicht zur Ausbringung auf land- und forstwirtschaftliche Flächen.
Das Wesen der in dieser WO-A1 geoffenbarten Erfindung besteht darin, durch Rückführung von abgeschiedenen Flugaschen alle Aschefraktionen auf dem Rost zu sammeln, diese dann in einem nachgeschalteten Drehrohrofen bei hohen Temperaturen unter Schmelzen zu verglasen und auf diese Weise die Schwermetalle in dem anstelle einer übliche Konsistenz aufweisenden Asche gebildeten homogenen, glasartigen Material beständig einzubinden. Als Technologie wird dabei zwar auch eine Rückführung von gesammelter Flugasche eingesetzt, wobei jedoch gemäss dieser WO-A1 massiv darauf hingearbeitet wird, dass letztlich die gesamte Asche als Grobasche anfällt und dass die Schwermetalle bzw. Schwermetall-Verbindungen in dieselbe eingebunden und so inertisiert werden.
Es erfolgt dort zur Erreichung eines der vorliegenden Erfindung geradezu entge- gengesetzten Zieles die Rückführung gesammelter Flugasche(n) in eine Zone des Gesamtprozes- ses, wo die "Verbrennung" praktisch schon abgeschlossen ist und es wird dort möglichst dafür gesorgt, dass es zum Zusammen-Schmelzen der Rost- und der derselben zugeführten Flugasche kommt, wodurch das Gleichgewicht in Richtung hin zur Einbindung der Flugasche mit den in ihr enthaltenen Schwermetall-Verbindungen in die geschmolzene sonstige Asche verschoben wird.
Eine wie erfindungsgemäss vorgesehene Rückführung der Flugasche(n) in das gerade der Ver- feuerung zugeführte bzw. zuzuführende Gut und/oder durch Einbringen in die Primär- Verbrennungszone, also in den dortigen Gasraum wäre für den Prozess gemäss der WO 92/01197 absolut kontraproduktiv.
Auch bei den aus WO 96/30701 A1 und CH 691 507 A5 bekannten Feuerungsanlagen und -verfahren handelt es sich um solche, bei denen die anfallenden Aschen auf einem Ausbrandrost vollständig ausgebrannt und danach verflüssigt werden. Die Flugasche kann dabei gemäss der CH-A5 optional auf die im hinteren Rostbereich befindlichen Verbrennungsrückstände aufgegeben werden, eine Einbringung in den Gasraum der Primär-Verbrennungszone ist dort nicht vorgesehen.
Die flüssige und dadurch zur Aufnahme von Schwermetall-Verbindungen prädestinierte Schlacke bildet nach Austrag aus der Verbrennungszone und nach Abkühlung ein glasartiges Granulat.
Die wesentliche Zielsetzung besteht bei allen diesen Verfahren, und wie bei jenem gemäss der weiter oben erörterten WO 92/01197 darin, die anfallende Asche zusammen mit der Flugasche bei hohen Temperaturen zu verglasen und somit die darin enthaltenen Schadstoffe, also eben primär die Schwermetalle, in dieselbe dauerhaft einzubinden.
Das wesentliche Ziel der vorliegenden Erfindung ist, wie die obigen Ausführungen zeigen, dem Ziel der drei Druckschriften des Standes der Technik geradezu diametral entgegengesetzt : Gemäss der Erfindung werden die Schwermetalle möglichst daran gehindert, in die (Grob-)Rostasche eingebunden zu werden. Es ist nicht vorgesehen, die Rostasche in oder nach der Verbrennungs- zone in eine Schmelze überzuführen, in welcher sich die ebenfalls schmelzende Flugasche mit den in ihr enthaltenen Schwermetallen letztlich löst.
Das wesentliche Ziel der vorliegenden Erfindung, das deren innovativen Kern ausmacht, be- steht also im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik darin, durch Rückführung von Flug- asche in das Frischgut bzw. auf den Rost und/oder in die Primärverbrennungszone und durch Nutzung der lokal stark reduzierenden Bedingungen, die im Brennstoffbett und in der Primär- verbrennungszone herrschen, die leicht- bis mittelflüchtigen Schwermetalle in Metall-Form bzw. in Form leicht- bis mittelflüchtiger Verbindungen, wie z.B. als Chloride, aus der am Rost anfallenden Aschefraktion, also aus der Grobasche, in die Gasphase überzuführen und auf diese Weise die Schwermetallkonzentration in der Grobasche in hohem Ausmass zu reduzieren.
Im Unterschied zum Stand der Technik werden erfindungsgemäss die Schwermetalle verstärkt
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in die mengenmässig kleine Aschefraktion, nämlich in die Feinstflugasche-Fraktion eingebunden, es wird also der Anfall an Feinstflugasche nicht - wie gemäss dem Stand der Technik - möglichst verhindert, indem sie in die durch Schmelzen und Verglasung zu inertisierende Rostasche einge- bunden wird.
Die vorliegende Erfindung zielt auf eine effiziente Schwermetallfraktionierung in die einzelnen Aschefraktionen ab, wobei die Grobasche von den Schwermetallen möglichst wenig berührt ist. Es erfolgt hier die Luftstufung und Temperaturregelung am Rost bzw. in der Feuerung derart, dass zwar die reduzierenden Bedingungen in der Primärverbrennungszone der Feuerung sichergestellt werden, dass jedoch dabei kein Schmelzen und Verglasen der Aschen erfolgt: Vielmehr ist eine solche unerwünscht, da sie die Schwermetallfraktionierung, welche zu einer schwermetall- abgereicherten (Grob-)Asche führt, behindern würde.
Der bekannten dauerhaften Einbindung von Schwermetallen und Schadstoffen in der Grob- asche steht das neue Verfahren gegenüber, bei dem eine Reduktion der Schwermetallgehalte in der Grobasche erfolgt und dadurch eine Erhöhung der Qualität dieser Aschefraktion im Hinblick auf die angestrebte Ausbringung auf land- und forstwirtschaftliche Flächen. Dies zeigt sich auch darin, dass das neue Verfahren auf die Verbrennung von praktisch unbehandelter Biomasse beschränkt ist, da diese zwar relativ niedrige Gehalte an schwerflüchtigen Schwermetallen, aber erhöhte Konzentrationen der leichtflüchtigen Schwermetalle Cd und Zn aufweist, während die bekannten Verfahren mit Flugascherückführung für die Verfeuerung von brennbaren Stoffen bzw. Brennstof- fen mit Gehalten an nicht näher differenzierten Schwermetallen vorgesehen sind.
Zu dem weiteren, aus der DE 195 05 753 bekannten Verfahren zur schadstoffarmen Verbren- nung von flüssigen Brennstoffen ist zu bemerken, dass die dort geoffenbarte Methode der Luftstu- fung und das Betreiben von Brennern mit A-Werten von unter 1 eine Technik zur Stickoxidminde- rung darstellen.
Die Ansprüche 2 bis 4 zeigen im Rahmen der Erfindung bevorzugte Wege bzw. Kombina- tionen der Flugasche-Rückführung aus den Flugasche-Abscheidern in die Verbrennungszone und/oder in die zu verfeuemde Biomasse auf.
Was im Rahmen der Erfindung bevorzugte Flugasche-Rückführungs-Verhältnisse betrifft, so sind im Anspruch h 5 entsprechende Bereiche angegeben, die bei Biomassefeuerungen auf Basis heimischer Hölzer zu besonders effizienten Schwermetall-Reduktionen in der Grobasche führen.
Bezüglich der bei der Rückführung der Flugaschen günstigerweise einzusetzenden Förderein- richtungen sind - ausser von der Materialkonsistenz her - an sich keine Grenzen gesetzt.
Eine weitere und zusätzliche Massnahme zur Erhöhung der Effizienz der vorliegenden Erfin- dung ist die regelungstechnische Implementierung oder Stufung bzw. Regelung der der Verbren- nungszone zugeführten Luft gemäss Anspruch 6.
Am Feuerungsrost und in der Primär-Verbrennungszone, werden günstigerweise reduktive Be- dingungen eingestellt, um - wie oben erläutert - die angestrebten hohen Verdampfungsraten der leicht- bzw. mittelflüchtigen Schwermetalle zu garantieren.
Aus diesem Grund ist es günstig, die Volumenströme der Primärluft und Sekundärluft laufend zu messen und für eine Regelung der Luftzufuhr zu sorgen, sodass das Luftverhältnis A, in der Primär-Verbrennungszone dementsprechend niedrig festgelegt wird, am günstigsten im Bereich von 0,5 bis 0,9.
Diese Massnahme hat an sich den zusätzlichen Vorteil, dass sie zur Reduktion der NOx-Gehalte im Rauchgas beiträgt.
Um bei einem niedrigen Luftverhältnis A, eine gute Durchströmung des Biomasse-Brennstoff- bettes gewährleisten zu können, kann auch eine kombinierte Zuführung von Primärluft und rezirku- lierten Rauchgas unter den Rost vorgesehen werden, wie im Anspruch h 7 beschrieben.
Die gemäss den Ansprüchen 6 und 7 vorgesehene Luftstufung erfolgt insbesondere deswegen, weil dadurch jene reduzierenden Bedingungen in der Primärverbrennungszone sichergestellt werden, durch welche die leicht- bis mittelflüchtigen Schwermetalle in hohem Masse in die Gaspha- se übergehen und somit eine weitere Verbesserung der angestrebten Schwermetallfraktionierung und damit der Qualität des verwertbaren Rost-Ascheanteiles erreicht wird. Diese regelungstechni- sche Massnahme bringt also eine vorteilhafte Steigerung der Effizienz des neuen Verfahrens und bringt somit ein im Rahmen der Erfindung innovatives Merkmalselement ein.
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Einen weiteren wesentlichen Gegenstand der Erfindung stellt die adaptierte Anlage gemäss Anspruch 8 zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dar, welche im wesentlichen - ein Lager od.dgl. für zu verfeuernde Biomasse, - eine Fördereinrichtung für die Einbringung des Brennstoffes in einen mit Verbrennungsluft-
Zuführungen ausgestatteten Verbrennungsraum, bevorzugt in einen mit Primär-
Verbrennungsluft-Zuführungen ausgestatteten Primär-Verbrennungsraum, jeweils mit Rost od.dgl. und Abführungen für Grobasche in einen Grobasche-Behälter, und - einen von den Verbrennungsabgasen des Primär-Verbrennungsraumes durchströmbaren mit derselben in Verbindung stehenden und mit Sekundär-Verbrennungsluft-Zuführungen aus- gestatteten Sekundär-Verbrennungsraum, - eine von den Verbrennungsabgasen bzw.
Rauchgasen durchströmbare Wärmetausch-
Einrichtung, insbesondere Kessel od.dgl., und - mindestens einen vom Rauchgas durchströmbaren Flugasche-Abscheider, bevorzugt des
Zyklon-Typs, mit Austragsleitung für die abgeschiedene (Zyklon-)Flugasche, z. B. in einen
Zyklon-Flugasche-Behälter, sowie - mindestens einen von dem vom Flugasche-Abscheider kommenden Rauchgas durchström- baren Feinstflugasche-Abscheider mit Austragsleitung für die abgeschiedene Feinstflug- asche, z. B. in einen Feinstflugasche-Behälter, - eine in den Verbrennungsraum, bevorzugt in den Primär-Verbrennungsraum und/oder in den
Sekundär-Verbrennungsraum mündende Rauchgas-Rückführungsleitung, sowie - zumindest eine Rückführungsleitung für Flugasche aus mindestens einem der Flugascheab- scheider umfasst.
Zur Erreichung der erfindungsgemäss angestrebten Reduktion der Schwermetallgehalte im ver- wertbaren Ascheanteil ist vorgesehen, dass - die Anlage mindestens eine in das Biomasse-Lager führende, vom (Zyklon-)Flugasche-
Abscheider oder von einem Flugasche/Feinstflugasche-Abscheider bzw. von dessen jeweili- ger Flugasche-Austragsleitung abzweigende Rückführungs-Einrichtung bzw.-Leitung für die
Rückführung von (Zyklon-)Flugasche oder Flugasche/Feinstflugasche in die zu verfeuernde
Biomasse und/oder mindestens eine in den Primär-Verbrennungsraum, führende, ebenfalls vom (Zyklon-)Flugasche-Abscheider und/oder von einem Flugasche/Feinstflugasche-
Abscheider bzw.
von dessen jeweiliger Flugasche-Austragsleitung abzweigende Rückfüh- rungs-Einrichtung bzw.-Leitung für die Rückführung der (Zyklon-)Flugasche oder Flug- asche/Feinstflugasche in den Primär-Verbrennungsraum aufweist.
Der Anspruch 9 betrifft eine durch die Rückführung von Feinstflugasche ergänzte Anlage gemäss Anspruch 8.
Dem Anspruch 10 ist eine Einrichtung zur Einstellung des Rückführungsverhältnisses für die Feinstflugasche zu entnehmen.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert:
Es zeigen die Fig. 1 ein Schema einer Biomasse-Feuerungsanlage gemäss dem Stand der Technik, während die Fig. 2 bis 4 verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemässen Biomasse-Verfeuerungsanlage zeigen, welche mit verschiedenen Arten der Flugaschen- Rückführungen ausgestattet sind.
Die dem Stand der Technik entsprechende Biomasse-Verbrennungsanlage gemäss Fig. 1 ist eine Rostfeuerungs-Anlage 1. Der Bio-Brennstoff 2 wird z. B. von einem Tagesbunker 3 aus über eine Fördereinrichtung 4 in die Primär-Verbrennungszone 6 mit Rost 10 eingetragen und am Glutbett 5 verbrannt. Die Feuerung selbst gliedert sich im allgemeinen in eine Primär- Verbrennungszone 6 und in eine Sekundär-Verbrennungszone 7. Die Primär-Verbrennungsluft 8 wird über Öffnungen od.dgl. unter dem Glutbett 5 und die Sekundär-Verbrennungsluft 9 ebenfalls über Düsen od.dgl. in die Sekundär-Verbrennungszone 7 eingebracht. Nach Durchströmen der Feuerung streicht das Rauchgas über die Rohre eines Wärmetauschers 11, Kessels od.dgl., wo die im Rauchgas enthaltene Wärmemenge genutzt und das Rauchgas abgekühlt wird.
Optional kann zur Kühlung des Feuerraumes 6, 7 ein Teilstrom des Rauchgases über eine Leitung 12 unter dem Rost 10 und/oder über eine Leitung 13 in den Feuerraum 6,7 rezirkuliert werden. Ist bei einer
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solchen Feuerungsanlage keine Unterteilung in einen Primär- und Sekundär-Verbrennungsraum 6, 7 vorgesehen, so weist sie eine einheitliche Verbrennungszone 67 auf.
Die mit dem Rauchgas abziehenden Flugaschen werden normalerweise mittels Flugasche- Abscheiders 14, der z. B. ein Schwerkraft- oder Fliehkraftabscheider, meist ein Multizyklon, ist und/oder mittels nachgeschalteten Feinstflugasche-Abscheiders 15, wie insbesondere mittels Elektrofilter, Gewebefilter oder Rauchgaskondensationsanlage, abgeschieden. Die Abscheidung der Flugasche kann auch in einer Kombination aus Flugasche- und Feinstflugasche-Abscheider erfolgen. Das Rauchgas wird dann über den Kamin 16 der Feuerungsanlage in die Umgebung emittiert.
In der Anlage fallen Grobasche 17, (Zyklon-)Flugasche 18 und Feinstflugasche 19 an. Die Grobasche 17 fällt im Feuerraum, insbesondere unter dem Rost an und wird mittels Austragsystem 175 in einen Grobasche-Container 171 übergeführt.
Die (Zyklon-)Flugasche 18 setzt sich aus der im Kesselbereich und in den dem Kessel nachge- schalteten Schwerkraft- oder Fliehkraft-Abscheidem 14 anfallenden Flugaschen zusammen und gelangt über eine Leitung 185 in einen Flugasche-Container 181.
Die Feinstflugasche 19 wird in Elektrofiltern, Gewebefiltern oder Rauchgaskondensationsanla- gen 15 abgeschieden und wird über eine Leitung 195 in einen Feinstflugasche-Container 191 ausgetragen.
Diese letztgenannten Aschefraktionen 18,19 werden derzeit entweder deponiert oder die Grob- und (Zyklon-)Flugaschen 17,18 werden im jeweils anfallsmässigen Verhältnis, so gemischt, dass die zulässigen Grenzwerte der Schwermetallgehalte unterschritten werden, wonach sie auf land- und forstwirtschaftliche Flächen ausgebracht werden können.
Die Feinstflugasche 19 muss in jedem Fall speziell deponiert oder aber für eine mögliche wei- tere Nutzung aufbereitet werden.
Die Fig. 2 zeigt eine erste mögliche verfahrenstechnische Realisierung der Erfindung : Ver- fahren kann in dem Stand der Technik entsprechenden Biomasse-Festbett-Verbrennungsanlagen implementiert werden (z. B. - wie dargestellt - in Rostfeuerungen, aber auch in Unterschub- und Retortenfeuerungen). Dabei wird die im Flugasche-Abscheider 14 abgeschiedene Flugasche 18 wieder dem Verbrennungsprozess zugeführt. Die rückgeführte Flugasche kann über eine Leitung 20 entweder dem Biomasse-Brennstoff 2 direkt zugemischt und/oder über eine Leitung 21 in die Primär-Verbrennungszone 6 eingetragen werden. Die Förderung und Dosierung der rückgeführten Flugasche kann durch Schneckenförderer, pneumatisch oder durch andere geeignete Förderein- richtungen erfolgen.
Der "verwertbare" Ascheanteil fällt bei Rückführung der Flugasche ausschliesslich unter dem Rost 10 als Grobasche 17 an. Die im Feinstflugasche-Abscheider 15 anfallende Flugasche- Fraktion 19 muss, wie bei Anlagen, die dem Stand der Technik entsprechen, letztlich deponiert oder industriell aufbereitet werden.
Eine weitere mögliche erfindungsgemässe Ausbildung des Verfahrens zeigt Fig. 3. In diesem Fall wird ein Teilstrom der Feinstflugasche aus dem Feinstflugasche-Abscheider über eine Leitung 23 der im Flugasche-Abscheider 14 anfallenden Aschefraktion 18 zugemischt. Die Dosierung dieses Teilstromes kann z. B. durch eine Dosierschnecke 22 oder eine ähnliche Einrichtung erfol- gen.
Die Flugaschemischung wird dann über die Leitung 20 wieder entweder zum Brennstoff 2 zu- gemischt oder über die Leitung 21 in die Primär-Verbrennungszone 6 rückgeführt. Der Vorteil der Anlage gemäss Fig. 3 liegt darin, dass der zu deponierende Anteil der Feinstflugasche 19 variiert und dadurch möglichst klein gehalten werden kann. Der Anteil an deponierter Feinstflugasche 19 muss jedoch so gross sein, dass die Schwermetallgehalte im verwertbaren Ascheanteil 17 gesichert die Grenzwerte für eine Rückführung dieser Asche auf Böden nicht überschreiten.
Die mittels der Dosiereinrichtung 22 geregelte Feinstflugasche-Rückführungsrate ist also je- weils individuell auf den verwendeten Brennstoff und auf die eingesetzte Feuerungs- und Flug- asche-Abscheide-Technologie anzupassen.
Fig. 4 zeigt eine Anlage mit nur einem Flugasche-Abscheider 15', z.B. Elektrofilter oder Gewe- befilter, für alle Flugaschen mit Austrag 195'. Bei dieser Anlage wird ebenfalls ein von einer Do- siereinrichtung 22 geregelter Teilstrom der im Flugasche-Abscheider anfallenden Flugasche- Fraktion 19' über die Leitungen 23,20 dem Brennstoff 2 zugeführt oder über die Leitungen 23,21
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in die Primär-Verbrennungszone 6 rückgeführt. Auch in diesem Fall kann der zu deponierende Anteil an Flugasche 19' eingestellt und klein gehalten werden, wobei wieder auf entsprechend niedrige Schwermetallgehalte im verwertbaren Ascheanteil 17 zu achten ist.
Auch bei dieser Form der Anlage ist die mittels Dosiereinrichtung 22 geregelte Flugasche- Rückführungsrate individuell auf den in Abhängigkeit vom und in Anpassung an den eingesetzten Brennstoff und die in einer jeweiligen Anlage vorhandene Feuerungs- und Flugasche-Abscheide- Technologie abzustimmen.
Die eben erläuterten Figuren 2 bis 4 sind schematische Darstellungen der Technologie der Rückführung von Flugasche am Beispiel einer Biomasse-Rostfeuerung. Die beschriebene Techno- logie kann bei allen Biomasse-Festbett-Feuerungs-Technologien mit unterschiedlichen Kessel- und Ascheabscheide-Technologien eingesetzt werden. Weiters kann bei allen drei dargestellten Varian- ten optional die in der Erfindungsbeschreibung bereits erläuterte Luftstufungsregelung implemen- tiert werden. Schliesslich ist festzuhalten, dass diese neue Technologie selbstverständlich auch in Festbett-Verbrennungsanlagen mit einheitlicher Verbrennungszone einsetzbar ist.
Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung näher.
Beispiel:
Eingehende Versuche an einer konkreten Biomasse-Festbettfeuerungsanlage (Rostfeuerung) haben gezeigt, dass die Cadmium- und Zink-Gehalte im verwertbaren Ascheanteil durch die erfin- dungsgemässe Flugasche-Rückführung um ein Vielfaches teilweise weit über das Zehnfache hin- aus reduziert werden können, und zwar im Vergleich zu Ergebnissen in der gleichen Anlage ohne Flugasche-Rückführung.
Bei Versuchen ohne die neue Flugasche-Rückführung lagen im verwertbaren Ascheanteil, in diesem Fall eine Mischung aus Grobasche und (Zyklon-)Flugasche, die nachgewiesenen Gehalte an Cadmium über 3 mg/kg TS (Trockensubstanz) und an Zink bei rund 460 mg/kg TS.
Bei den an der gleichen Biomasse-Feuerung durchgeführten Versuchen mit Flugasche- Rückführung wurden die Cadmium-Gehalte im verwertbaren Ascheanteil, der ausschliesslich als Grobasche anfiel, auf unter 0,1mg/kg TS und die Zink-Gehalte auf rund 100 mg/kg TS reduziert.
Durch die neue Flugasche-Rückführung werden im verwertbaren Ascheanteil sowohl für Cad- mium als auch für Zink die Bodenrichtwerte laut ÖNORM L 1075 deutlich unterschritten. Die Gehal- te an Cadmium in der Feinstflugasche (Elektrofilterflugasche) werden durch die erfindungsgemässe Flugasche-Rückführung um rund 20 Gew.-% und die Gehalte an Zink um rund 10 Gew.-% erhöht (bezogen auf die Cd- bzw. Zn-Konzentrationen in der Feinstflugasche bei Versuchen ohne Flug- ascherückführung). Es kommt somit zu einer Aufkonzentrierung der Schwermetalle in dieser Aschefraktion.
Gleichzeitig wird der anfallende Mengenanteil an verwertbarer Asche durch die Flugasche- Rückführung praktisch nicht beeinflusst. Bei den Versuchen ohne Flugasche-Rückführung lag der anfallende Anteil an Grobasche bei durchschnittlich rund 50 Gew.-% des Gesamtascheanfalles und an Zyklon-Flugasche bei rund 32 Gew.-%. Der Anteil an verwertbarer Asche liegt in Summe somit bei rund 82 Gew.-%.
Mit Flugasche-Rückführung erhöht sich der wesentlich schwermetall-entlastete Grobaschean- teil auf rund 81 Gew.-%. Durch die erfindungsgemässe Flugasche-Rückführung kommt es zu keiner bzw. nur zu einer geringfügigen Reduktion der anfallenden Mengen an verwertbarer Asche.
Weiters konnte bei den durchgeführten Versuchen keine statistisch signifikante Erhöhung des Feinstflugasche-Anteiles, also z. B. der Elektrofilter-Flugasche, bei den Versuchen mit Flugasche- Rückführung beobachtet werden.
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