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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Rauchgas in einer Müllverbrennungsanlage sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 13.
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Bei Müllverbrennungsanlagen werden die bei der Verbrennung von Abfällen, insbesondere von Hausmüll, entstehenden Rauchgase über eine Rauchgassammelleitung oftmals zuerst einem Verdampfungskühler zugeführt, in welchem die Rauchgase mit einem Wassser-Sprühnebel beaufschlagt werden, um die Temperatur der Rauchgase durch Verdampfen des zugeführten Wassers zu reduzieren. Im Anschluss daran werden die auf eine Temperatur von z. B. 120°C abgekühlten Rauchgase einem oder mehreren Filtereinrichtungen zugeführt wird, in denen die in den Rauchgasen enthaltenden Schadstoffe insbesondere durch die Einwirkung von Kalziumhydroxid entfernt werden, bevor die gereinigten Rauchgase an die Umgebung abgegeben werden.
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Hierbei stellt es ein Problem dar, dass der durch das im Hausmüll enthaltene Polyvenylchlorid (PVC) bei der Verbrennung entstehende gasförmige Chlorwasserstoff – der mithin auch als Salzsäuregas bezeichnet wird – in den gereinigten Rauchgasen kurzzeitig eine Konzentration erreicht, die die gesetzlich vorgegebenen Grenzwerte deutlich überschreitet.
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Um die Konzentration an Chlorwasserstoffgas im gereinigten Rauchgas auch bei einem kurzzeitigen Anstieg des PVC-Anteils im Abfall auf einen Wert zu verringern, der unterhalb des zulässigen Grenzwertes liegt, wird bei den bekannten Anlagen das zur Neutralisation eingesetzte Kalziumhydroxid stets in einer solchen Menge zugeführt, dass die Konzentration des Chlorwasserstoffgases im Abgas auch bei kurzzeitig auftretenden Konzentrationsspitzen im Rauchgas stets unterhalb des zulässigen Grenzwertes liegt.
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Hierdurch ergibt sich der Nachteil, dass die für den Betrieb der Anlage benötigte Menge an Kalziumhydroxid insgesamt erhöht wird, was aufgrund der damit verbundenen Beschaffungskosten sowie auch der Deponiekosten für das verbrauchte Kalziumhydroxid zu insgesamt erhöhten Betriebskosten der Anlagen führt.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit welchen sich der im Rauchgas einer Müllverbrennungsanlage enthaltene Chlorwasserstoff in effizienter Weise neutralisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und 13 gelöst.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Reinigung von chlorwasserstoffhaltigem Rauchgas, insbesondere in einer Müllverbrennungsanlage, wird das Rauchgas nach der Verbrennung über eine Rauchgassammelleitung einem Verdampfungskühler zugeführt. Im Verdampfungskühler wird das ca. 320°C heiße Rauchgas zur Verminderung der Temperatur über eine Sprüheinrichtung mit einem Wasser-Sprühnebel beaufschlagt, der vorzugsweise eine Temperatur im Bereich von 10°C bis 30°C besitzt und der vom Rauchgas bevorzugt von oben her durchströmt wird. Im Anschluss daran wird das auf eine Temperatur von z. B. 120°C herabgekühlte Rauchgas in einem Reaktor mit einer basisch wirkenden Verbindung behandelt wird, bevor es zur Abscheidung von verbleibenden Restschadstoffen wenigstens einem Filter zugeführt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Chlorwasserstoffkonzentration im Rauchgas in der Rauchgassammelleitung über einen Sensor erfasst und dem über die Sprüheinrichtung zugeführten Wasser eine Neutralisationsflüssigkeit beigemischt wird, wenn die vom Sensor erfasste Konzentration oder der Anstieg der Konzentration in einem vorgegebenen Zeitintervall einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
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Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich Menge der für die grundsätzliche Reinigung der Rauchgase benötigten basisch wirkenden Verbindung, insbesondere Kalciumhydroxid in trockener Form, bezogen auf einen vorgegebene Menge an zu verbrennendem Abfall insgesamt in vorteilhafter Weise verringern, wodurch die Kosten für die Beschaffung der basisch wirkenden Verbindung und auch die Kosten für deren Endlagerung nach der Reinigung der Rauchgase insgesamt verringert werden.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass dieses auch bei bestehenden Müllverbrennungsanlagen in vergleichsweise kostengünstiger Weise nachgerüstet werden kann, da die Prozessrechner zur Steuerung bestehender Anlagen für die Durchführung des Verfahrens ebenfalls mit herangezogen werden können.
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Nach einem weiteren der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken wird als Neutralisationsflüssigkeit bevorzugt eine wässrige basische Lösung, insbesondere eine wässrige alkalische Lösung eingesetzt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass aufgrund des wässrigen Charakters der Lösung eine sehr gute Durchmischung des der Sprüheinrichtung zugeführten Wassers mit der Neutralisationsflüssigkeit erfolgt, ohne dass hierfür aufwendige zusätzliche Mischeinrichtungen bereitgestellt werden müssen.
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So kann die Neutralisationsflüssigkeit z. B. über eine entsprechende Förderpumpe und ein entsprechendes Ventil mittels einer Y-Zuleitung zugeführt werden, was den Vorrichtungsaufwand für die zur Durchführung des Verfahrens benötigte Vorrichtung in vorteilhafter Weise verringert.
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Nach einem weiteren der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken umfasst die wässrige alkalische Lösung ein oder mehrere der Kationen NH4 +, Na+, K+, Mg++ und Ca++ und ein oder mehrere der Anionen OH–, HCO3 –, O--, CO3 --. Durch den Einsatz einer aus den zuvor beschriebenen Kationen und Anionen gebildeten wässrigen alkalischen Lösung ergibt sich der Vorteil, dass mitunter auch Gemische derartiger wässriger alkalischer Lösungen – die häufig in Form von Beiprodukten oder Abfallprodukten bei anderen chemischen oder industriellen Verfahren auftreten – als Neutralisationsflüssigkeit verwendet werden können, da diese allesamt die Konzentration von Chlorwasserstoff im Rauchgas reduzieren, sobald das Rauchgas die Sprüheinrichtung passiert.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die wässrige alkalische Lösung jedoch Natronlauge, insbesondere 10 Gew.%.-ige bis 50 Gew.%.-ige Natronlauge, die auch in großen Mengen sehr günstig bezogen werden kann und die nach der Reaktion mit dem Chlorwasserstoff im Rauchgas lediglich zu neutralem Kochsalz führt. Dieses besitzt bekanntermaßen eine vergleichsweise hohe Umweltverträglichkeit und kann dem Rauchgas-Reinigungsprozess gewünschtenfalls auf physikalischem Wege vergleichsweise kostengünstig entzogen werden, so dass eine teure Endlagerung entfällt.
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Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass zusätzlich zu der verwendeten Haupt-Neutralisationsflüssigkeit noch eine weitere Neutralisationsflüssigkeit über die Sprüheinrichtung zugeführt wird. Diese kann beispielsweise eine aus einem anderen chemischen Prozess erhaltende wässrige alkalische Lösung der zuvor genannten Anionen und Kationen sein, die insbesondere auch als Abfallprodukt in Form von Ablauge, Abfalllauge oder alkalischem Wasser aus einer anderen chemischen Anlage bezogen werden kann.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Zufuhr der Neutralisationsflüssigkeit zur Sprüheinrichtung in vorteilhafter Weise auch die Laufdauer der Rauchgase vom Sensor bis zum Passieren der Sprüheinrichtung berücksichtigt, und zwar in der Weise, dass die Neutralisationsflüssigkeit bereits aus der Sprüheinrichtung ausgetreten ist, wenn eine vom Sensor erfasste Schadstoffspitze des Rauchgases, d. h. eine erhöhte Chlorwasserstoffkonzentration oder auch der Anstieg der Konzentration pro Zeiteinheit, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
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Der Schwellenwert wird hierbei bevorzugt empirisch ermittelt und ist so gewählt, dass die maximal zulässige Chlorwasserstoffkonzentration im gereinigten Rauchgas vorzugsweise unterhalb der gesetzlich vorgegebenen Werte liegt.
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Durch diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich der Vorteil, dass die Neutralisationsflüssigkeit nur dann zugeführt wird, wenn tatsächlich auch eine Schadstoffspitze oder ein kurzzeitiger Peak der Schadstoffkonzentration im Rauchgas auftritt. Hierdurch lässt sich nicht nur ein Großteil der Menge an im Rauchgas enthaltenem Chlorwasserstoff neutralisieren, sondern es kann zudem auch sichergestellt werden, dass die Neutralisationsflüssigkeit als solche durch den Chlorwasserstoff vollständig verbraucht wird.
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Die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich weiterhin dadurch steigern, dass die Neutralisationsflüssigkeit dem der Sprüheinrichtung zugeführten Wasser nach dem Erfassen der Schadstoffspitze durch den Sensor so zeitig, z. B. 2 bis 5 Sekunden vor dem Eintreffen der Schadstoffspitze zugeführt wird, dass die mit dem Wasser vermischte Neutralisationsflüssigkeit bereits aus den Düsen der Sprüheinrichtung ausgetreten ist, bevor die Schadstoffspitze die Sprüheinrichtung erreicht. Aufgrund der Verweildauer des mit Neutralisationsflüssigkeit vermischten Wasser-Sprühnebels innerhalb des Verdampfungskühlers, der bevorzugt turmartig ausgebildet ist und eine Höhe von z. B. 90 m besitzen kann, wird aufgrund des in der Regel schneller nachströmenden Rauchgases die gesamte Neutralisationsflüssigkeit für den Neutralisationsvorgang verbraucht.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird weiterhin der zeitliche Verlauf der Konzentration an Chlorwasserstoff im Rauchgas in vorteilhafter Weise über eine dem Sensor zugeordnete elektronische Steuerungseinrichtung erfasst.
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Die elektronische Steuerungseinrichtung weist dabei einen elektronischen Speicher auf, in welchem ein bevorzugt empirisch ermittelter Schwellenwert für die Schadstoffkonzentration, d. h. ein Wert, ab welchem die Konzentration an Chlorwasserstoff im gereinigten Rauchgas einen vorgegeben Grenzwert überschreitet, in elektronischer Form vorzugsweise als digitaler Wert abgelegt ist. Dieser vorgegebene Schwellenwert korrespondiert bevorzugt zu dem gesetzlich zulässigen Grenzwert für die Chlorwasserstoff-Konzentration im gereinigten Abgas.
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Gleichzeitig oder alternativ kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die elektronische Steuerungseinrichtung aus dem zeitlichen Verlauf der Chlorwasserstoff-Konzentration im Rauchgas den Anstieg der Konzentration pro Zeiteinheit und die in der Weise ermittelten Werte mit einem vorgegebenen Schwellenwert für den Anstieg der Chlorwasserstoff-Konzentration vergleicht, welcher zuvor ebenfalls bevorzugt empirisch gewonnen und im Speicher der Steuerungseinrichtung abgelegt wurde. Der Anstieg der Konzentration wird von der elektronischen Steuerungsvorrichtung insbesondere durch eine zeitliche Ableitung des vom Sensor ermittelten Verlaufs der Chlorwasserstoff-Konzentration ermittelt.
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Durch die zuvor beschriebene Ausführungsform der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass der oder die Schwellenwerte – die z. B. auch in Abhängigkeit von weiteren Parameter wie dem Druck und der Temperatur des Rauchgases sowie der im Verdampfungskühler zugeführten Menge an Wasser empirisch bestimmt werden können – mit den heutzutage erhältlichen elektronischen Steuerungseinrichtungen in Form von Mikrokontrollern vergleichsweise kostengünstig in Echtzeit abgespeichert, ausgelesen und verrechnet werden können, wodurch die Neutralisationsflüssigkeit beim Auftreten eines Chlorwasserstoff-Peaks in vorteilhafter Weise in der optimalen Menge rechtzeitig zugeführt werden kann, um bevorzugt den gesamten Chlorwasserstoff im Rauchgas zu neutralisieren, bevor das Rauchgas weitere Filter durchläuft.
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Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass zusätzlich zur Chlorwasserstoff-Konzentration im Rauchgas der Volumenstrom des Rauchgases und hierüber der Volumenstrom des Chlorwasserstoffs bestimmt wird. Dies kann insbesondere durch eine Volumenstrommesseinrichtung, wie sie beispielsweise in der
DE 19727960 C2 beschrieben ist, auf Basis der bekannten Laufzeitdifferenzmethode von Schallsignalen erfolgen, die im Winkel zum Rauchgas-Volumenstrom durch diesen hindurch und wieder zurück geleitet werden.
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Auf Basis der vom Sensor zu einem vorgegebenen Zeitpunkt bestimmten Chlorwasserstoff-Konzentration sowie dem zu diesem Zeitpunkt ebenfalls bestimmten Volumenstrom an Chlorwasserstoffgas im Rauchgas wird dann von der elektronischen Steuerungseinrichtung die Menge an Neutralisationsflüssigkeit bestimmt, welche der Sprüheinrichtung unter Berücksichtigung der Laufzeit der Rauchgase zugeführt wird, um zumindest einen Teil der in den Verdampfungskühler eintretenden Menge an Chlorwasserstoff zu neutralisieren.
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Hierbei kann die Menge an zuzuführender Neutralisationsflüssigkeit insbesondere durch eine Multiplikation der zu einem vorgegebenen Zeitpunkt gemessenen Konzentration an Chlorwasserstoff im Rauchgas mit dem zu diesem Zeitpunkt bestimmten Volumenstrom bestimmt werden, was ebenfalls von der elektronischen Steuerungseinrichtung durch Multiplikation der entsprechenden Werte für den Volumenstrom und die Konzentration erfolgt, die bevorzugt in digitalisierter Form vorliegen und zusammen mit den empirisch bestimmten Schwellenwerten insbesondere in einem elektronischen Kennfeld abgelegt sein können.
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Durch die Berücksichtigung des Volumenstromes an Chlorwasserstoff lässt sich aus den ermittelten Werten für die Konzentration an Chlorwasserstoff das entsprechende Mengenäquivalent an Neutralisationsflüssigkeit, welche für eine nahezu vollständige Neutralisation des Chlorwasserstoffgases im Rauchgas der Sprüheinrichtung zugeführt werden muss in sehr kurzer Zeit und mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit bestimmen, was die Menge an unnötig zugeführter Neutralisationsflüssigkeit in vorteilhafter Weise weiter reduziert.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die basisch wirkende Verbindung vorzugsweise Kalziumhydroxid, welches dem Rauchgas in einem dem Verdampfungskühler nachgeordneten bekannten Reaktor bevorzugt in trockener Form und bevorzugt kontinuierlich zugeführt wird. Durch den Einsatz von Kalziumhydroxid in trockener Form in Verbindung mit einem aus der Stand der Technik bekannten Reaktor ergibt sich eine in hohem Maße effektive Nachreinigung des Rauchgases, welches in der zuvor beschriebenen Weise zuvor durch Injektion der Neutralisationsflüssigkeit von schädlichen Schadstoffspitzen an Chlorwasserstoffgas befreit wurde.
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Die Menge an wässriger Neutralisationsflüssigkeit, welche dem der Sprüheinrichtung zugeführten Wasser beigemischt wird, beträgt z. B. 0,01 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Menge des Wassers.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer beispielhaften Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der
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1 eine schematische Darstellung einer Müllverbrennungsanlage mit einer dort eingesetzten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reinigung von chlorwasserstoffhaltigem Rauchgas zeigt.
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine Müllverbrennungsanlage 1 eine Vorrichtung 2 zur Reinigung von durch die Pfeile dargestelltem chlorwasserstoffhaltigem Rauchgas 4, welches bei der nicht näher dargestellten Verbrennung von Abfall entsteht und in Richtung des Pfeils 6 in eine Rauchgassammelleitung 8 eintritt. Über diese Rauchgassammelleitung 8 gelangt das Rauchgas 4 zu einem Verdampfungskühler oder Quench 10, der eine bekannte zylinderartige vertikale Röhre 11 mit einer Höhe von z. B. 20 m aufweist, in welcher eine Sprüheinrichtung 12 angeordnet ist, über die das ca. 320°C heiße Rauchgas 4 mit tropfenförmigem Wasser 14 beaufschlagt wird, um dieses auf eine Temperatur von z. B. 120°C herunterzukühlen.
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Nach dem Passieren der Sprüheinrichtung 12 tritt das zuvor im oberen Teil der zylinderartigen Röhre 11 in diese eingetretene Rauchgas 4 im unteren Teil der Röhre 11 aus dieser aus und wird über eine Zuleitung 16 einem nachgeordneten Reaktor 18, z. B. einem Kugelreaktor, zugeführt, in welchem das Rauchgas 4 über eine rotierende Siebtrommel 20 mit darin enthaltenen Kugeln 22 mit pulverförmigem Kalziumhydroxid 24 oder einer anderen geeigneten basisch wirkenden chemischen Verbindung in Kontakt gebracht wird, um in bekannter Weise einen Großteil der im Rauchgas enthaltenen Restschadstoffe aus dem Rauchgas zu entfernen. Das Kalziumhydroxid 24 wird dabei bevorzugt über eine Fördereinrichtung 26, z. B. eine Förderschnecke, im Wesentlichen kontinuierlich zugeführt.
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Nachdem die im Rauchgas 4 enthaltenen Schadstoffe im Reaktor 18 mit dem Kalziumhydroxid 24 chemisch reagiert haben, wird das infolge der chemischen Reaktion verbrauchte Kalziumhydroxid 24 mit dem Rauchgas 4 mitgeführt.
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Das in der zuvor beschriebenen Weise von einem Großteil der Schadstoffe befreite Rauchgas 4 mit dem darin enthaltenen pulverförmigen verbrauchtem Kalziumhydroxid wird anschließend über eine Leitung 28 mindestens einem weiteren lediglich schematisch dargestellten Filter 30 zugeführt, über welchen die verbliebenen Restschadstoffe aus dem Rauchgas 4 entfernt werden, bevor das gereinigte Rauchgas als Abgas 31 über ein Sauggebläse 32 und einen Kamin 34 in die Umgebung abgeblasen wird.
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Gemäß der Erfindung ist in der Rauchgassammelleitung 8 ein Sensor 36 angeordnet, der die Konzentration Cist von gasförmigem Chlorwasserstoff im Rauchgas 4 erfasst. Der Sensor 36 ist mit einer elektronischen Steuerungseinrichtung 38 verbunden, die die vom Sensor 36 erfasste momentane Chlorwasserstoff-Konzentration Cist im Rauchgas 4 mit einem vorgegebenen Schwellenwert Cmax vergleicht, der zuvor auf empirische Weise gewonnen und in einem Speicher 38a der elektronischen Steuerungseinrichtung 38 abgespeichert wurde. Der Schwellenwert Cmax wird bevorzugt empirisch gewonnen und entspricht einer Konzentration an gasförmigen Chlorwasserstoff im Rauchgas 4, die nach der Reinigung des Rauchgases 4 im Kugelreaktor 18 und dem weiteren Filter 30 zu der gesetzlich maximal zulässigen Chlorwasserstoff-Konzentration im Abgas 31 führt.
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Wenn die elektronische Steuerungseinrichtung 38 durch Vergleich der Werte Cist und Cmax feststellt, dass der momentane Wert für die Chlorwasserstoff-Konzentration Cist den vorgegebenen Schwellenwert Cmax überschreitet, betätigt diese eine Dosiereinrichtung 40 zur Zufuhr von Neutralisationsflüssigkeit 42, beispielsweise Natronlauge, die in einem Vorratsbehälter 44 bevorratet ist.
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Die Dosiereinrichtung 40 umfasst hierzu eine Förderpumpe 46 mit bevorzugt über die elektronische Steuerungseinrichtung regelbarer Fördermenge, die die Neutralisationsflüssigkeit 42 über eine Zuleitung 48 und ein in dieser enthaltenes elektromagnetisches Ventil 50 aus dem Vorratsbehälter 44 zu einer Wasser-Zuleitung 52 fördert, über die das Wasser 14 der Sprüheinrichtung 12 zugeführt wird. In dem sich hierbei im Bereich der Zusammenführung der Zuleitungen 48 und 52 ergebenden Y-förmigen Leitungsabschnitt 54 erfolgt dabei eine Durchmischung von Neutralisationsflüssigkeit 42 und Wasser 14, welches bevorzugt ebenfalls über eine Förderpumpe 56 im Wesentlichen kontinuierlich zugeführt wird. Das hierbei entstehende Gemisch aus Neutralisationsflüssigkeit 42 und zugeführtem Wasser 14 wird anschließend über Sprühdüsen der Sprüheinrichtung 14 als tropfenförmiger Sprühnebel in die zylindrische Röhre 11 des Verdampfungskühlers 10 eingebracht, wo es mit dem Chlorwasserstoff des Rauchgases 4 chemisch reagiert und diesen neutralisiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Müllverbrennungsanlage
- 2
- erfindungsgemäße Vorrichtung
- 4
- Rauchgas
- 6
- Pfeil
- 8
- Rauchgassammelleitung
- 10
- Verdampfungskühler
- 11
- vertikale Röhre des Verdampfungskühlers
- 12
- Sprüheinrichtung
- 14
- tropfenförmiges Wasser
- 16
- Zuleitung
- 18
- Reaktor
- 20
- eine rotierende Siebtrommel
- 22
- Kugeln
- 24
- pulverförmiges Kalziumhydroxid
- 26
- Fördereinrichtung
- 28
- Leitung
- 30
- weiterer Filter
- 31
- gereinigtes Abgas
- 32
- Sauggebläse
- 34
- Kamin
- 36
- Sensor
- 38
- elektronische Steuerungseinrichtung
- 38a
- Speicher
- 40
- Dosiereinrichtung
- 42
- Neutralisationsflüssigkeit
- 44
- Vorratsbehälter
- 46
- Förderpumpe
- 48
- Zuleitung
- 50
- elektromagnetisches Ventil
- 52
- Wasser-Zuleitung
- 54
- Y-förmiger Leitungsabschnitt
- 56
- Förderpumpe
- Cist
- Vom Sensor erfasste Chlorwasserstoff-Konzentration im Rauchgas
- Cmax
- Chlorwasserstoffkonzentration, die dem maximal zulässigen Grenzwert an Chlorwassserstoff im Abgas entspricht